Любое двухколесное или, реже, трехколесное автомобильное транспортное средство, обычно приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания, называется мотоциклом. Точно так же, как автомобиль стал ответом на мечту 19 века о самодвижущемся экипаже, запряженном лошадьми, изобретение мотоцикла привело к появлению самодвижущегося велосипеда. Первым коммерческим проектом был трехколесный автомобиль, построенный Эдвардом Батлером в Великобритании в 1884 году. В нем использовался горизонтальный одноцилиндровый бензиновый двигатель, установленный между двумя управляемыми передними колесами и соединенный приводной цепью с задним колесом.
К 1900 году многие производители переоборудовали велосипеды — или педальные циклы, как их иногда называли, — добавив небольшие, центрально установленные двигатели с искровым зажиганием. Потребность в надежных конструкциях привела к пробным испытаниям дорожных мотоциклов и конкуренции между производителями. Первоначально гонки на мотоциклах Tourist Trophy проводились на острове Мэн в 1907 году как гонки на надежность или выносливость. Подобные мероприятия стали испытательным полигоном для многих новых идей - от ранних двухтактных двигателей до многоклапанных двигателей с наддувом, установленных на аэродинамическом кузове, усиленном углеродным волокном.
Мотоциклы выпускаются как с двухтактными, так и с четырехтактными двигателями. Большинство из них имеют воздушное охлаждение, хотя некоторые - водяное. Объем двигателей, как правило, ограничен объемом около 1800 кубических сантиметров (куб. см). Самые маленькие конструкции, называемые мопедами, имеют очень маленькие двигатели (50 куб. см) с экономией топлива до 2,4 литра на 100 км. Такие устройства не допускаются на дорогах общего пользования с ограниченным доступом из-за их низкой скорости. В порядке увеличения мощности и объема двигателя остальные пять классификаций - детские велосипеды, трейловые велосипеды, шоссейные велосипеды, туристические велосипеды и гоночные велосипеды. Подкатегория гоночных велосипедов известна как супербайки. Это мотоциклы с рабочим объемом более 900 куб. см, в которых сиденье наклонено вперед, так что водитель перегибается через раму, создавая более аэродинамичный профиль.
Рама мотоцикла часто изготавливается из стали, обычно из комбинации труб и листов. Колеса, как правило, имеют алюминиевые или стальные обода со спицами, хотя иногда используются литые диски. Графитовые, композитные и магниевые детали находят все большее применение из-за их высоких соотношений прочности и веса. Шины аналогичны тем, что используются на автомобилях, но они меньше и закруглены, что позволяет наклоняться и опускать центр тяжести в повороте без потери сцепления с дорогой. Гироскопический эффект вращения колес мотоцикла на высокой скорости значительно улучшает устойчивость и способность проходить повороты. Инерция и геометрия рулевого управления также являются важными факторами. Подвеска передних колес обеспечивается спиральными пружинами на телескопической вилке; пружины задних колес часто устанавливаются на амортизаторах, аналогичных тем, которые используются в автомобилях.
Коробки передач на мотоциклах обычно имеют от четырех до шести скоростей, хотя на небольших велосипедах их может быть всего две. Обычно мощность передается на звездочки задних колес с помощью цепи, хотя иногда используются ремни или валы.
Сцепление и дроссельная заслонка, регулирующие частоту вращения двигателя, управляются поворотными регуляторами на рукоятках. Тормоз переднего колеса управляется рычагом рядом с рукояткой; тормоз заднего колеса приводится в действие ножной педалью. За исключением очень маленьких машин, передний тормоз обычно гидравлического дискового типа. Задний тормоз может быть дисковым или барабанным. Стартер в основном был заменен электрическим кнопочным пускателем.