Ganz im Stil der Zeit hatte man das moderne Heckmotorlayout gewählt, da dieses gute Platznutzung und einen unkomplizierten Antriebsstrang miteinander verband. Man hatte das erste Mal bei Fiat auf einen luftgekühlten Motor gesetzt. Bis zur Serienreife wurden verschiedene Motorvarianten teilweise fast bis zur Serienreife entwickelt, darunter auch eine Version mit Boxermotor, die aber aufgrund der zu hohen Fertigungskosten verworfen wurde. Letztlich blieb als günstigere Konstruktion nur der Reihenmotor, der den Zuschlag erhielt. Dieser stand aufrecht, längs eingebaut im Motorraum. Damit er sich nicht übermäßig schüttelte, wurden schwere Gegengewichte angebracht und eine durchdachte Motoraufhängung verwirklicht, aber dennoch blieb der relativ stark vibrierende Motor immer ein Manko des 500ers.
Man hatte zwar auch seitengesteuerte Motoren in Planung, schließlich einigte man sich aber auf die Variante mit hängenden Ventilen. Die kettengetriebene Nockenwelle ist seitlich im Aluminium-Motorblock integriert und betätigt über Stößelstangen und Kipphebel die Ventile. Anfangs fand man eine Ventilfeder je Ventil, mit steigender Leistung wurde später aber auf doppelte Ventilfedern aufgerüstet.
Damit ist klar, dass es sich um einen Viertaktmotor handelte, was ihn wohltuend von zahlreichen zeitgenössischen Konkurrenten abhob, die ihre blauen Zweitaktfahnen hinter sich herzogen. Ebenso war auch das Motorengeräusch recht sonor. Wenn man ihn mit seinen heulenden Zweitaktkollegen verglich, brummte er zufrieden vor sich hin. Was leider auch bedeutet, dass er nicht gerade ein Ausbund an Spritzigkeit war. Um ihn deutlich unter seinem großen Bruder, dem 600er, anzusiedeln, war ihm anfangs nur eine Motorleistung von gerade einmal 13 PS vergönnt, womit klar war, dass es sich um einen regelrechten Drosselmotor handelt. Das wiederum sollte aber seiner Lebensdauer zugute kommen sollte.
Links neben dem eigentlichen Motor ist das zur Kühlung unumgängliche Gebläse angeordnet. Es handelt sich um ein Zentrifugalgebläse, dessen Lüfterrad die Luft von vorn axial ansaugt und radial abgibt. Das Lüfterrad ist auf ein Wellenende der Gleichstrommaschine montiert. Da somit nicht wie bei vielen anderen Konstruktionen üblich die Keilriemenspannung durch eine bewegliche Lichtmaschine erreicht werden konnte, muss recht umständlich durch Hinzufügen bzw. Entfernen von Distanzscheiben zwischen den beiden Hälften der Riemenscheibe für die richtige Keilriemenspannung gesorgt werden. Aber immerhin war es den Konstrukteuren gelungen, alle Organe des Motors recht gut erreichbar anzuordnen, so dass man bei Schwierigkeiten schnell zum Kern des Problems vordringen kann. So gestaltet sich auch die Demontage des Motors ausgesprochen einfach, da man die hintere Traverse unterhalb der Motorhaube geschraubt ausgeführt hat und nach dem Lösen nur weniger Schrauben und Züge den Motor nach hinten herausziehen kann. So ist man auf keinerlei Hebebühnen oder Kräne angewiesen, was ein entscheidender Punkt für die herausragende „Bastelfreundlichkeit“ des 500ers und damit auch die günstigen Betriebskosten ist. Zahlreiche 500er Fahrer lernten gerade diesen Aspekt der simplen Konstruktion schnell schätzen, da sie viele Reparaturen aufgrund des durchschaubaren Aufbaus, der keine großen Geheimnisse in sich barg, selbst erledigen konnten.