多年来，大多数摩托车靠常见的发动机驱动，像单缸、平行双缸以及V型双缸发动机。不过呢，在背后，发明家和制造商偶尔会打破常规，造出超乎想象的发动机。这些不同寻常的配置为骑手提供了完全不同的体验。
汪克尔转子发动机
费利克斯·汪克尔于20世纪20年代着手研究汪克尔转子发动机，不过这发动机在20世纪50年代末才首次投放市场。跟传统那种活塞上下移动的活塞发动机不一样，它在椭圆形的外壳里面用了一个旋转的三角形转子。这种设计的活动部件较少，可能提供更平稳的行驶和更高的转速，但维护复杂。
方形四缸发动机
水平对置双缸发动机
水平对置双缸发动机，也叫拳击手发动机，在摩托车的两侧分别放置了两个水平对置的气缸。
直列六缸发动机
1903年，荷兰的世爵60马力赛车是首款采用直列六缸发动机的车型。六个气缸排成一排，这类发动机能产生比小型配置更多的功率，转速也更高。然而，由于其重量和低速操控的难度，它只在少数摩托车车型中使用，如本田CBX和川崎Z1300跑车摩托车。
串联双缸发动机
20世纪70年代末，川崎发布了川崎KR2350，其采用串联双缸发动机，特点是两个气缸前后排列，而非更常见的并排双缸布置。这种配置允许发动机外形狭窄，同时仍能提供双缸发动机的动力。尽管它在赛道上表现出色，但发动机设计过于小众，无法广泛商业化生产。
星形发动机
这些发动机有多个围绕中心曲轴呈圆形排列的气缸，其外观和声音都独具特色。
涡轮发动机
海洋涡轮技术公司给MTTY2K涡轮摩托车装配了通常在飞机上使用的涡轮发动机。
该发动机利用旋转风扇来压缩和燃烧空气，从而实现巨大的功率输出。
当被用于摩托车时，这款发动机造就了有史以来最极端的摩托车之一。
纵向V型双缸发动机
和典型的横向V型双缸不一样，摩托古兹的纵向V型双缸在安装时，曲轴是从前到后，而不是从一侧到另一侧。
这种布局提供了不一样的平衡和操控特性，而且由于发动机突出的气缸盖，在视觉上显得与众不同。
双离合变速器
严格来说，本田的双离合变速器（DCT）算不上是发动机配置，但它将独特的发动机控制系统集成到了摩托车中。它配有两个离合器，一个用于奇数挡位，一个用于偶数挡位，允许在没有传统离合器杆的情况下实现无缝换挡。这实现了手动和自动功能的结合，提升了骑行质量。
柴油发动机
鲁道夫·狄塞尔于19世纪90年代制造出柴油发动机，该发动机在20世纪被应用于摩托车。柴油发动机通常用于卡车和工业车辆，以燃油效率高和持久耐用而闻名。然而，它们较重的重量和较低的转速，致使其成为两轮车的非常规之选，不过它们仍有小众吸引力。
罗塔克斯60度V型双缸发动机
罗塔克斯60度V型双缸发动机的显著之处在于，其V型角度比常见的90度V型双缸发动机窄，这让其发动机设计更紧凑。这使得它更容易安装在运动型摩托车车架中，而在功率或扭矩方面不会有太大损失。这款发动机成功地为1998年首次亮相的阿普利亚RSVMille提供动力，得益于其高性能输出和紧凑设计。
V4发动机
V4发动机将四个气缸以V形排列，从而平衡了直列四缸的平稳性与V型双缸的紧凑性，达成了时尚且强大的设计效果。
对置四缸发动机
生产对置四缸发动机的尝试于20世纪初开始。它也被称为水平对置四缸发动机，有两对水平对置的气缸。这种发动机在概念上类似于宝马的水平对置双缸拳击手发动机，但多了两个气缸，以实现更平稳的动力输出和更好的平衡。
直列三缸发动机
直列三缸发动机也被称作直列三缸发动机，其设计旨在产生比直列双缸发动机更少的振动。它是一种内燃机，三个气缸在一条直线上排列，共用一个曲轴。这种发动机配置在双缸发动机的扭矩重特性和四缸发动机的高转速特性之间提供了独特的平衡。
水平对置六缸发动机
1988年，本田在本田金翼摩托车上推出了一款水冷水平对置六缸发动机。也被称作“拳击手六缸”，它是一款水平对置的六缸发动机，其气缸分两排布置，每排三个，平放在曲轴一侧，从而实现低重心以及平稳、顺畅的运行。然而，水平对置六缸发动机在汽车中更常见，比如保时捷911。