Le moteur classique de la marque est à deux cylindres en V à 45°, avec des soupapes actionnées par poussoirs hydrauliques, tiges et culbuteurs (on parle de bicylindre en V culbuté). Il est protégé par plusieurs brevets et procure un son caractéristique.
Le vilebrequin a un seul maneton, et les deux pistons y sont reliés de façon particulière, une bielle étant à fourche, l'autre classique, ce qui permet aux cylindres d'être parfaitement alignés. L'angle de calage à 45° fait que les pistons n'opèrent pas à intervalles égaux.
Le fonctionnement est le suivant : le premier cylindre brûle son mélange. Puis le mélange de l'autre cylindre s'enflamme à 315° dans le cycle. Ensuite il y a un angle de 405° jusqu'à ce que le premier piston réintervienne. Cela donne le son spécial « pop-pop...pop-pop...pop-pop », comparable à celui des sabots d'un cheval sur des pavés. Les amateurs appellent ce son « Po-tato-Po-tato ».
Avec chaque mouvement de ses pistons, le moteur et le système d'échappement tout entier basculent de l'avant à l'arrière. Toute la moto tremble comme si elle grelottait, au point que la roue avant semble sautiller au ras du sol. Les lourdes pulsations qu'il transmet au pilote au ralenti se transforment en un sourd roulement de tambour à chaque montée de régime. Le tout accompagné d'une sonorité aussi profonde que présente. Cependant, pour améliorer le confort et la fiabilité, les moteurs les plus récents sont équipés d'arbres d'équilibrage, ou montés sur des silentblocs (système Isolastic développé par Buell).
En 1994, la société essaya de protéger par un brevet cette « mélodie », mais elle échoua dans cette tentative.