Su clásico motor V-Twin produce gran par y un sonido característico. Está compuesto de dos cilindros en V, en un ángulo 45 grados, con orientación de cigüeñal transversal. Las primeras motocicletas Harleys utilizaron motores experimentales, pero luego vinieron los siguientes diseños:
Primeros modelos - Silent Grey Fellow, 1903, monocilíndrico, motor De Dión 2 CV. - 1909. Harley-Davidson Motor Company presenta el primer motor V-twin. La moto produce siete caballos de fuerza. - The Flathead, 1929-1974, 45 pulgadas cúbicas (700cc) Los Big Twins - Knucklehead, 1936-1947, 60 y 74 pulgadas cúbicas (1000cc y 1208cc) - Panhead, 1948-1965, 60 y 74 pulgadas cúbicas (1000cc y 1208cc) - Shovelhead, 1966-1985, 74 pulgadas cúbicas (1208cc) hasta finales de 1978 y 82 pulgadas cúbicas (1340cc) desde 1979 hasta finales de 1985 - Evolution (también conocido como "Evo" y "Blockhead"), 1984-1999, 82 pulgadas cúbicas (1340cc) - Twin Cam (también conocido como "Fathead"), 1999–actualmente, en las siguientes versiones: - Twin Cam 88, 1999-2006, 88 pulgadas cúbicas (1450cc) - Twin Cam 95, 2005 (Modelos C.V.O.), 95 pulgadas cúbicas (1550cc) - Twin Cam 96, 2007-2011, 96 pulgadas cúbicas (1584cc) - Twin Cam 103, 2003-2006 (Modelos C.V.O.), 2012-actualmente, 103 pulgadas cúbicas (1690cc) - Twin Cam 110, 2007-actualmente (Modelos C.V.O.), 110 pulgadas cúbicas (1800cc) - Milwaukee Eight, 2016–actualmente, en las siguientes versiones: - Milwaukee Eigth 107, 2016-actualmente, 107 pulgadas cúbicas (1746cc) - Milwaukee Eigth 114, 2016-actualmente (Modelos C.V.O.), 114 pulgadas cúbicas (1868cc) - Milwaukee Eigth 117, 2018-actualmente (Modelos C.V.O.) Los Small Twins Sportster Evolution. - Modelos D, 1929-1931, 750cc - Modelos R, 1932-1936, 750cc - Modelos W, 1937-1952, 750cc - Modelos G (Servi-Car), 1932 - 1973, 750cc - Modelos K, 1952-1953, 750cc - Modelos KH, 1954-1956, 900cc - Modelos Sportster, 1957-presente, en las siguientes versiones (Véase también Sportster): - Ironhead, 1957-1985, 900cc, 1000cc y 1100cc - Evolution, 1985-presente, 883cc y 1200cc Revolution Harley-Davidson V-Rod en el Museo Porsche de Stuttgart El motor Revolution está basado en la VR-1000 de Superbike, desarrollado conjuntamente por el equipo Powertrain Engineering de Harley-Davidson y Porsche Engineering en Stuttgart,23 Alemania. Es un V-Twin a 60° de 4 tiempos y 69 pulgadas cúbicas (1130cc). Tiene refrigeración líquida, doble árbol de levas en cada cabeza y 4 válvulas por cilindro accionadas por pulsadores que produce una potencia máxima de 115 cv (86 kW) a 8250 rpm. Fue introducido por primera vez en los nuevos modelos de la línea V-Rod en 2002, siendo también el primer motor de la marca en montar sistema de alimentación mediante inyección electrónica en lugar de carburadores. En los años 2005 y 2006 estuvo disponible una versión Screamin' Eagle del motor Revolution con una cilindrada de 1250cc y una potencia máxima de 123 cv (92 kW). A partir del año 2008 todos los modelos de la línea V-Rod (Night Rod Special y V-Rod Muscle) pasan a montar esta nueva configuración de motor, a la vez que se descataloga el modelo Street Rod. En 2014 se incorporan a la los modelos de la nueva línea Street dos versiones de 500cc y 750cc derivados del motor Revolution. Estos motores, denominados Revolution X, se diferencian por utilizar un único árbol de levas por cilindro, ajuste de válvula "screw and locknut", equilibrador único y cárteres separados verticalmente. Todos estos cambios hacen que este motor se diferencie del Revolution original.
