El diseño del motor de la NC750X, un bicilíndrico en paralelo SOHC, de 8 válvulas y refrigeración líquida, asegura unas enérgicas prestaciones de bajo a medio régimen. Su arquitectura de carrera relativamente larga y la forma especial de su cámara de combustión se combinan con el cigüeñal de elevada masa inercial para producir grandes cantidades de par motor desde muy bajas rpm. El motor inclinado hacia delante baja el centro de gravedad para una estabilidad óptima. Para esta actualización 2021, es ahora 1,2kg más ligero que antes.

La potencia máxima aumenta hasta 55 hp @ 6.750rpm, con un par máximo de 69Nm @ 4.750rpm. Junto con el aumento de prestaciones se acortan las relaciones de cambio para primera, segunda y tercera velocidad (tanto en el cambio manual como en DCT) mejorando la salida desde parado y la aceleración en marcha en cada velocidad. Desde 30 km/h la NC750X recorre 20m en 1,7s y 50m en 3,2s; a 60km/h el motor está girando a solo 2.500rpm.