Двигатель/трансмиссия представляет собой V-образный двухцилиндровый двигатель с водяным охлаждением и углом наклона 52°, установленный параллельно раме. Двигатель имеет по три клапана на цилиндр: два на впуск и один на выпуск, которые приводятся в действие одним верхним распределительным валом через коромысла. Распределительные валы приводятся в движение цепью от коленчатого вала.
Блок двигателя/трансмиссии изготовлен из алюминиевого сплава, картер разделен по вертикали. Картер включает в себя мокрый картер, систему смазки под давлением и масляный насос с цепным приводом. Цельный кованый коленчатый вал установлен на двух коренных подшипниках. На левом конце коленчатого вала установлен ротор генератора. На моделях XL600V и XL650V ротор угла опережения зажигания находится на правом конце коленчатого вала. На моделях XRV750 триггеры угла опережения зажигания встроены в ротор генератора.
Сцепление мокрого многодискового типа с зубчатым приводом от коленчатого вала. Трансмиссия пятиступенчатая с постоянным зацеплением. Конечная передача на заднее колесо осуществляется через цепь и звездочки.