在冷却方面，摩托车与汽车不同，绝大多数汽车发动机是水冷却，统一得很。而摩托车发动机既有风冷却还有水冷却，风冷却还分有自然风冷却和强制风冷却。到底采用哪一种方式冷却，或是多种方式混合，这决定于发动机的结构和安装位置。
风冷却的发动机气缸外表面有数片散热片，散热片的表面积是气缸表面积的10倍以上，空气流经散热片时带走热量从而达到冷却目的。自然风冷依靠车辆运动时所产生的空气气流冷却，而强制风冷却的发动机带有风扇，用它吹风冷却气缸表面，多用于发动机隐藏在车身内的踏板车。
水冷却实质上是在风冷却的基础上再加上水冷却。它带有散热器（水箱）、节温器、水泵、水管等。散热器后面装有风扇强制通风冷却，整个水冷却系统与汽车冷却系统差不多。
冷却水在水泵的驱动下断循环，经过散热器降温，在节温器阀控制下（控制水温在80度左右）通过气缸体水套吸热再回到散热器，从而达到冷却目的。水冷却多用在250毫升以上大排量摩托车上，但近年有些125毫升摩托车也采用水冷却方式。