Com o motor quatro tempos, monocilíndrico OHC de exatos 660 cc, tem arrefecimento líquido e é equipado com um Sistema Yamaha de Injeção Eletrônica. Ele é capaz de gerar 5,73 kgf.m de torque a 5.500 rpm e atingir a potência máxima de 48 cv a 6.250 rpm.
O par de escapes percorre a lateral da moto de forma harmoniosa finalizando em duas ponteiras sob o assento da garupa. O ruído passa a sensação de um som rítmico da batida do coração, como os grandes tambores de Taiko.
Um atrativo da Yamaha MT-03 é o amortecedor posicionado de forma horizontal. Exposto acima do motor, ele faz a ligação entre a balança traseira em alumínio e o chassi tipo Diamante em aço.