按照发动机汽缸数量和排列形式可以把发动机分为很多类型。
世界第一辆摩托车搭载的就是单缸发动机，所以单缸绝对是“鼻祖”级别。单缸有很多优点，例如结构比较简单，可以把重量降到最低限度。现在很多入门级别的摩托车还是选用单缸发动机，因为良好的稳定性和耐用度，越野摩托车也大多采用单缸发动机，连新近的MOTO3级别的赛车也是采用单缸250发动机。但是单缸发动机的瓶颈在于排气量存在物理极限，所以动力性能不可能很强。另外，振动也是物理缺陷，后来工程师加入了平衡轴的设计，情况虽有好转，但并不能消除振动。如今在摩托车领域应用最多最广的就是单缸发动机，两冲程单缸发动机现在大部分被用在轻型越野赛车和卡丁车上。
双缸发动机有很多排列方式，比如并列双缸、V型双缸、对置双缸、纵列双缸等。并列双缸相当于把两个单缸发动机并列在一起，双汽缸交替运转，这样振动就被抵消了。但是早期风冷时代，并列双缸的散热性能不是很理想，所以同时也出现了V型双缸的形式。V型排的双缸有很多优点，例如，宽度很窄，扭矩比并列式的要大，两个汽缸分开散热。现在V型双缸和直列四缸一起成为主流机型。
小角度V形双缸是美式巡航车的标志之一，90度直角V型双缸也代表了高性能。V型双缸在车上的布局多为纵置，但也有特例，比如MOTO Guzzi就是横置的V型双缸。BMW为了得到更低的重心，采用了对置双缸发动机，但是起初在材料还不先进的时代，地球引力导致的活塞和缸体的垂直方向偏磨是这种发动机的一大弊病。
三缸发动机现在属于小众的选择，目前使用三缸的有Triumph、Benelli。三缸发动机的初衷是为了超过双缸发动机的排量极限和更接近四缸的平顺性，得到类似平顺性的同时尽量降低宽度。在两冲程时代还出现过前二后一的V型三缸，但属于昙花一现。三缸大多数都是直列，但是也有横置和纵置，例如Triumph的Rocker就是纵置三缸，当然也是唯一的纵置三缸。
四缸发动机可以分为直列四缸、V型四缸和对置四缸。四缸基本是现在的主流，目前日系跑车、运动街车几乎都采用直列四缸下。直列四缸的平顺性、动力性能可以达到最佳平衡，当年Honda就是以直列四缸为亮点，用CB750打入欧洲，并且横扫欧洲市场，意大利的MV Agusta也是用直列四缸统治GP赛场17年。V型四缸的结构更加紧凑，宽度相对于直列有所降低，低转速时可以提供更大的扭矩。对置四缸应用在早期Honda GL1000上，现在已经几乎绝迹了。纵直列四缸发动机最早被ACE使用在摩托车上。
五缸发动机相当少见，Honda的MotoGP赛车RC211V上装配的就是V型五缸发动机，剩下的就是在一战时期出现过的，把飞机用星形五缸发动机装在摩托车上的案例，但这个属于特例中的特例。
六缸发动机也有直列和对置之分。直列六缸早在1966年的本田赛车RC166上出现，转速超级灵敏，就好像油门直接控制的是转速表的指针而不是发动机。后来Benelli把直列六缸应用在了市售车型上，Honda也在CBX上搭载了直列六缸，但是直列六缸的宽度限制了它的发展，由于宽度太大，大排量直列六缸的灵活性一直不太理想。最近BMW把1600mL直列六缸发动机装配到K1600GT上，由于GT属于重型旅行车，灵活性不是第一诉求，直列六缸提供的强大动力和出色的平顺性使得长途旅行更加惬意。对置六缸有着更低的重心，强大的扭矩，所以被Honda装在旅行车金翼上，使得金翼在重型旅行车领域独树一帜。
八缸发动机已经没有办法做成直列了，所以只有V型八缸一种形式。MotoGuzzi早在1955年就把V形八缸发动机装配在摩托车上。该车所有部件都小巧精致，整车重量150公斤，极速达到了275公里/小时，这在当时足够轰动。但八缸发动机过于复杂，成本高得令厂商和消费者都无法接受，所以一直没有得到延续和普及。
在美国这个极端追求动力的国家，有一个小众的巡航车品牌叫“BOSS HOSS”，它的创始人蒙特·沃内是一个动力狂人，他用美国肌肉车的大排量V型八缸发动机来制造摩托车，这款车的动力可以用令人发指来形容。当然蒙特·沃内并不满足，他已经在用V10的发动机来造摩托车了。
按照汽缸数量和形式来区分发动机只是一种很笼统的方法。另外还可以根据发动机工作原理分为两冲程和四冲程；按凸轮轴的驱动形式也可以分为顶杆式、链条式、皮带式、齿轮式等等；按冷却形式也有空气冷却、液体冷却、强制空气冷却、混合冷却等。
由于摩托车发展了100多年，所以很难在这里把所有的发动机形式逐一列举，很多发动机都没有进入市售领域，比如转子发动机只有Suzuki一家出过一款市售产品，燃气涡轮机也只有Y2K一款车型，所以这里讲到的都是传统汽缸式内燃机，而且讲解得也比较浅显，希望能勾起读者对摩托车发动机
