按照發動機汽缸數量和排列形式可以把發動機分為很多類型。

世界第一輛摩托車搭載的就是單缸發動機，所以單缸絕對是“鼻祖”級別。單缸有很多優點，例如結構比較簡單，可以把重量降到最低限度。現在很多入門級別的摩托車還是選用單缸發動機，因為良好的穩定性和耐用度，越野摩托車也大多采用單缸發動機，連新近的MOTO3級別的賽車也是采用單缸250發動機。但是單缸發動機的瓶頸在于排氣量存在物理極限，所以動力性能不可能很強。另外，振動也是物理缺陷，后來工程師加入了平衡軸的設計，情況雖有好轉，但并不能消除振動。如今在摩托車領域應用最多最廣的就是單缸發動機，兩沖程單缸發動機現在大部分被用在輕型越野賽車和卡丁車上。

雙缸發動機有很多排列方式，比如并列雙缸、V型雙缸、對置雙缸、縱列雙缸等。并列雙缸相當于把兩個單缸發動機并列在一起，雙汽缸交替運轉，這樣振動就被抵消了。但是早期風冷時代，并列雙缸的散熱性能不是很理想，所以同時也出現了V型雙缸的形式。V型排的雙缸有很多優點，例如，寬度很窄，扭矩比并列式的要大，兩個汽缸分開散熱。現在V型雙缸和直列四缸一起成為主流機型。

小角度V形雙缸是美式巡航車的標志之一，90度直角V型雙缸也代表了高性能。V型雙缸在車上的布局多為縱置，但也有特例，比如MOTO Guzzi就是橫置的V型雙缸。BMW為了得到更低的重心，采用了對置雙缸發動機，但是起初在材料還不先進的時代，地球引力導致的活塞和缸體的垂直方向偏磨是這種發動機的一大弊病。

三缸發動機現在屬于小眾的選擇，目前使用三缸的有Triumph、Benelli。三缸發動機的初衷是為了超過雙缸發動機的排量極限和更接近四缸的平順性，得到類似平順性的同時盡量降低寬度。在兩沖程時代還出現過前二后一的V型三缸，但屬于曇花一現。三缸大多數都是直列，但是也有橫置和縱置，例如Triumph的Rocker就是縱置三缸，當然也是唯一的縱置三缸。

四缸發動機可以分為直列四缸、V型四缸和對置四缸。四缸基本是現在的主流，目前日系跑車、運動街車幾乎都采用直列四缸下。直列四缸的平順性、動力性能可以達到最佳平衡，當年Honda就是以直列四缸為亮點，用CB750打入歐洲，并且橫掃歐洲市場，意大利的MV Agusta也是用直列四缸統治GP賽場17年。V型四缸的結構更加緊湊，寬度相對于直列有所降低，低轉速時可以提供更大的扭矩。對置四缸應用在早期Honda GL1000上，現在已經幾乎絕跡了。縱直列四缸發動機最早被ACE使用在摩托車上。

五缸發動機相當少見，Honda的MotoGP賽車RC211V上裝配的就是V型五缸發動機，剩下的就是在一戰時期出現過的，把飛機用星形五缸發動機裝在摩托車上的案例，但這個屬于特例中的特例。

六缸發動機也有直列和對置之分。直列六缸早在1966年的本田賽車RC166上出現，轉速超級靈敏，就好像油門直接控制的是轉速表的指針而不是發動機。后來Benelli把直列六缸應用在了市售車型上，Honda也在CBX上搭載了直列六缸，但是直列六缸的寬度限制了它的發展，由于寬度太大，大排量直列六缸的靈活性一直不太理想。最近BMW把1600mL直列六缸發動機裝配到K1600GT上，由于GT屬于重型旅行車，靈活性不是第一訴求，直列六缸提供的強大動力和出色的平順性使得長途旅行更加愜意。對置六缸有著更低的重心，強大的扭矩，所以被Honda裝在旅行車金翼上，使得金翼在重型旅行車領域獨樹一幟。

八缸發動機已經沒有辦法做成直列了，所以只有V型八缸一種形式。MotoGuzzi早在1955年就把V形八缸發動機裝配在摩托車上。該車所有部件都小巧精致，整車重量150公斤，極速達到了275公里/小時，這在當時足夠轟動。但八缸發動機過于復雜，成本高得令廠商和消費者都無法接受，所以一直沒有得到延續和普及。

在美國這個極端追求動力的國家，有一個小眾的巡航車品牌叫“BOSS HOSS”，它的創始人蒙特·沃內是一個動力狂人，他用美國肌肉車的大排量V型八缸發動機來制造摩托車，這款車的動力可以用令人發指來形容。當然蒙特·沃內并不滿足，他已經在用V10的發動機來造摩托車了。

按照汽缸數量和形式來區分發動機只是一種很籠統的方法。另外還可以根據發動機工作原理分為兩沖程和四沖程；按凸輪軸的驅動形式也可以分為頂桿式、鏈條式、皮帶式、齒輪式等等；按冷卻形式也有空氣冷卻、液體冷卻、強制空氣冷卻、混合冷卻等。

由于摩托車發展了100多年，所以很難在這里把所有的發動機形式逐一列舉，很多發動機都沒有進入市售領域，比如轉子發動機只有Suzuki一家出過一款市售產品，燃氣渦輪機也只有Y2K一款車型，所以這里講到的都是傳統汽缸式內燃機，而且講解得也比較淺顯，希望能勾起讀者對摩托車發動機