摩托车发动机结构主要由发动机机体、曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、点火系统、冷却系统、润滑系统和起动系统组成。常见的摩托车发动机结构有直列、V型、L型、水平对置。
直列
优势：结构简单、成本低、重量轻、体积小，同等排量下低扭输出更充足。
劣势：震动相对较大，马力输出相对更低。
代表车型：KTM 390 DUKE
V型
优势：结构简单、成本低、重量轻、体积小，同等排量下低扭输出更充足。
劣势：震动相对较大，马力输出相对更低。
代表车型：KTM 390 DUKE
L型
L型指气缸间的夹角等于90°排列的发动机，因为两个缸体呈90°夹角，在运动的时候可以互相抵消震动，让车的重心集中。且动力相比并列双杠发动机更暴力。例：杜卡迪1299 Panigale可以输出209Ps的动力。
水平对置
水平对置指气缸处于水平布局，曲轴上方没有过多的结构，因此重心低，并且运行稳定性出色，发动机上方可以留出更多空间来布局油箱、线束等零部件。例：宝马拳击手水平对置双缸发动机、本田水平对置六缸发动机。
补充
直列双杠还可划分为同步双缸（又称360°曲轴双缸发动机）和异步双缸（又称180°曲轴双缸发动机）。
同步双缸既两个气缸内的活塞上下运动同步，但冲程不同，一个处于做工冲程而另一个处于进气冲程，这种发动机由于结 构差异，声浪类似四缸发动机，但震动较大，目前市场适用较少，列如贝纳利小排量双缸车型还在使用。
异步双缸既两个气缸内的活塞上下运动相反，能够抵消缸体的震动，所以异步双缸拥有更广泛的适用。
还有一种270°曲轴发动机，主要用于较大排量的发动机，由于点火顺序的不同，这种发动机的扭矩输出更加顺畅。