骑摩托车的人都会知道，正在运转的发动机会变得非常热，发动机变热的主要原因是空气-燃料混合物在气缸内的燃烧室内爆炸并燃烧，据说温度大约有800°C。
如果发动机在不冷却的状态下运转，则会变得更热，从而导致发动机过热并停止运转。在最坏的情况下，活塞或气缸融化发动机停止运转，严重的话需要更换活塞，气缸，曲轴等，在最坏的情况下，这是致命的故障，需要更换整个发动机。
为了防止这种情况，必须对发动机进行持续冷却，发动机冷却方法包括空气冷却（风冷），水冷却和油冷却。
风冷（空冷）这是一种用空气冷却整个发动机的方法，这是一种用于暴露发动机的摩托车的有效冷却方法，与将发动机容纳在体内的汽车不同。
为了提高冷却效率，汽缸和汽缸盖装有称为“散热片”的薄金属板。基于这样的原理，当金属零件的表面积增加时，与空气接触的零件就会增加，从而增强了散热效果。
散热片用于冷却发动机，但它们装在发动机的外部也具有辅助作用。因此，一些水冷式发动机也会配备装饰鳍。
由于风冷式发动机利用行驶风来冷却发动机，因此如果在车辆停止状态下长时间怠速运转，则发动机的热量会变得过高，风冷发动机比较常见的被安装在不需要高输出的车型和小排量的车型中。
水冷通过液体在气缸中循环来冷却发动机的方法，水冷式发动机现在成为摩托车的主流，因为它们比空冷式发动机更有效地冷却效果。
在气缸的燃烧室附近，有一个“水套”，用作冷却水的通道，冷却液在那里循环以冷却发动机。吸收发动机热量，高温度的冷却液通过散热器经过冷却，然后被送回发动机内部。
除了水套的发动机宽度稍宽以外，水冷式发动机比风冷式发动机具有更多的零件和更复杂的结构，例如用于冷却水的散热器，用于循环的水泵和软管。发动机的功率越高，发热量就越大，因此散热器也会变得更大。
发动机的精确冷却对于产生理想的燃烧是必不可少的，它不仅对于稳定的输出有用，而且对于废气净化和提高燃油效率都是必不可少的。另外，由于不需要将整个发动机暴露在行驶风中，因此即使发动机被覆盖也能够冷却发动机，因此几乎所有配备有前围板的摩托车都使用水冷发动机。
基本上，冷却水使用特殊的冷却液，但也可以使用自来水。但是，自来水可能会导致生锈和结冰，因此只能作为紧急急救措施，例如在旅途中冷却液不足时加水。
油冷却机油通过散热器降温达到冷却的目的，因此，它配备有大型油冷却器，就像水冷发动机的散热器，以冷却发动机油。与水冷式发动机相比，该机构可以简化并且具有重量轻的优点，但是在保持发动机温度恒定的性能上无法与水冷相媲美，因此油冷发动机并不多见。比如铃木的Gixxer 250单缸发动机就是采用油冷。
宝马R nineT系列中安装的水平对置发动机，称为气油冷却发动机，因为它在气缸盖内具有发动机油冷却装置。