Jednoválcové motocykly jsou považovány za prapůvodní podobu strojů pohybujících se na dvou kolech. Modely BMW F 650 potvrzují pravidlo, že méně je více. Jejich charakteristickým znakem je robustní, vodou chlazení jednoválcový čtyřtaktní motor. Svou nekomplikovanou konstrukcí je předurčen pro použití v lehkých motocyklech Enduro – tedy ve strojích, které se uplatní jak v silničním provozu, tak i při terénní jízdě. Kromě toho zajistí i ve strojích F 650 CS Scarver díky silnému točivému momentu a vysoké kultuře chodu přiměřený pohyb vpřed. Důsledkem malé spotřeby paliva jsou navíc i výhodné provozní náklady této třídy.
Kapalinou chlazený jednoválcový čtyřtaktní motor se zdvihovým objemem 652 ccm je vybaven klikovou hřídelí slisovanou z jednotlivých částí, která rotuje na kluzných ložiscích ve vertikálně dělitelné skříni. Stejně tak je uložena ojnice, jejíž dolní oko není rozděleno. Jak je u všech motorů této značky obvyklé, pohybuje se blokový píst v oběžné válcové dráze, jejíž povrch je ošetřen karbidem niklu a křemíku, což zajišťuje minimální opotřebení ploch a tedy vysoký výkon. Aby se vyrovnaly setrvačné síly prvního řádu, otáčí se jedna vyrovnávací hřídel pohánění čelními koly proti smyslu otáčení klikové hřídele. Je umístěna vpředu ve skříni motoru před klikovou hřídelí a pohání vodní čerpadlo.
Aby bylo možné zajistit do největší odstup od země při terénních jízdách, zajišťuje mazání se suchou hřídelí recirkulaci oleje.Moderní válcová hlava se čtyřventilovou technikou poskytuje místo dvěma nahoře umístěným vačkovým hřídelím (dohc znamená „double overhead camshafts“), které prostřednictvím hrníčkového zdvihátka působí přímo na stopky ventilů. Válečkový řetěz s hydraulickým napínákem vytváří silové spojení mezi klikovou hřídelí a vačkovými hřídelemi.
Jednoválcové hnací ústrojí odebírá směs benzinu a vzduchu z palivového vstřikování. Vstřikování je řízeno a kontrolováno elektronicky. Tím je rovněž zaručeno, že regulovaný třícestný katalyzátor v koncové trubce výfukových plynů bude optimálně čistit. 50 k silný jednoválcový motor, který je navíc čerstvým řidičům nabízen ve verzi 34 k – převádí svou sílu přes vícekotoučovou spojku s olejovou lázní na pětistupňovou převodovku se zubovým spínáním. Odborný tisk potvrzuje, že jednoválcové modely společnosti BMW Motorrad mají na tuto koncepci motoru mimořádně nízké vibrace a vysoký točivý moment.
