按汽缸數目和結構分類
　　
摩托車發動機以汽缸數目分類，可以分為單缸發動機和多缸發動機，多缸發動機又分為雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸發動機，此外還有缸數更多的罕見發動機，如美國Boss Hoss公司502的八缸發動機和戴姆勒?克萊斯勒“戰斧”的十缸發動機。
　　
一般來說，單缸發動機因為曲軸每轉兩圈才燃燒一次，所以能明顯地感到發動機工作的斷續特征。因此，單缸發動機在低轉速時會出現工作不夠平穩的問題，可能容易使發動機熄火停轉；在高轉速時，則會出現困擾騎手的震動大問題。但是單缸發動機同樣具有自身優勢；結構簡單，成本較低，維護容易，惡劣工作環境下故障率低。由于單缸發動機的曲軸短、質量輕，因此陀螺效應較小，轉彎時輕便靈活、便于操控。一般來說，125毫升以下的小排量摩托車基本采用單缸發動機，工作環境惡劣的越野摩托車也大多采用單缸發動機。
　　　
二缸以上的發動機叫多缸發動機。多缸發動機的優點很多，例如運轉平穩、圓滑、綿密，允許提高發動機的轉速，有利于榨取更多的功率。但是多缸機的缺點也不少，比如體積大、質量大、結構較為復雜，因此制造成本和維護成本較高；對于直列多缸發動機來說，因為曲軸較長、質量較大，所以發動機的陀螺效應很明顯，車輛轉彎的時候騎手會感到比較吃力。總的來說，追求大功率、高速度的豪華舒適跑車、巡航摩托車、旅行摩托車傾向于采用多缸發動機。
　　
按照汽缸布置方式分類，單缸發動機還可以分為立式發動機、臥式發動機，多缸發動機則可以分為縱置V形雙缸發動機、橫置V形雙缸發動機、水平對置雙缸發動機、L形雙缸發動機、并列雙缸發動機，直列三缸發動機，直列四缸發動機、V形四缸發動機、矩形四缸發動機，V形五缸發動機，水平對置六缸發動機等。

汽缸的布置方式，與車體設計、動力特性等密切相關，臂如以V形汽缸為例：與直列四缸發動機相比，V形結構可使曲軸長度變短，增強摩托車的靈活性能；發動機的節奏感強，哈雷摩托車最喜歡采用45度夾角的V形雙缸發動機，以突出這種發動機節奏和脈動。當V形雙缸發動機的夾角達到90度時又稱為L形雙缸發動機，特點是雙缸所產生的振動可互相抵消。
　　
    不同的汽缸數量和汽缸布置方式，甚至成為各大廠家或者車型的招牌標志。比如，橫置V形雙缸發動機的代表是摩托?古茲，縱置V形雙缸發動機的代表有哈雷?戴維森，L形雙缸發動機的代表是杜卡迪，水平對置雙缸發動機的代表是寶馬，直列三缸發動機的代表是凱旋，直列四缸發動機的代表是日本各大廠家，矩形四缸發動機的代表是愛瑞爾（Ariel），V形五缸代表是MotoGP賽車RC211V和RC212V，水平對置六缸發動機的代表是“金翼”和“瓦爾基里”等。