Daya tarik terbesar NSU 601 OSL tentu berada pada sektor mesin.
Motor ini menggunakan mesin satu silinder empat langkah berkapasitas 562 cc dengan konfigurasi katup atas atau OHV.
Tenaga yang dihasilkan berada di kisaran 24 hp pada putaran mendekati 4.950 rpm.
Untuk ukuran sepeda motor pada akhir 1930-an, angka tersebut tergolong besar.
Beberapa catatan spesifikasi juga menyebut NSU 601 OSL mampu mencapai kecepatan maksimum sekitar 125 hingga 130 km/jam, bergantung pada tahun produksi dan konfigurasi kendaraan.
Karakter mesin satu silinder berkapasitas besar menjadi identitas utama motor ini.
Berbeda dengan sepeda motor modern yang banyak mengandalkan putaran mesin tinggi, 601 OSL menawarkan karakter tenaga yang kuat dari mesin besar dengan sensasi mekanis yang sangat khas.
Untuk zamannya, keluarga OSL membawa teknologi yang cukup maju.
NSU menggunakan sistem penggerak katup OHV dengan noken as yang berada di bagian bawah mesin. Gerakan kemudian diteruskan menuju katup melalui batang pendorong atau pushrod.
Salah satu ciri visual yang mudah dikenali dari motor keluarga OSL adalah keberadaan tabung pelindung batang pendorong yang memberikan tampilan mekanis khas.
Motor ini juga menggunakan sistem pelumasan dry sump atau bak oli terpisah.
Pada model OSL berkapasitas besar, sistem penyimpanan oli dipisahkan dari mesin. Konstruksi tersebut menjadi bagian dari rancangan teknis yang membedakan motor besar NSU pada masanya.
