Wie die Giulia von Alfa Romeo und der 1600-2 von BMW äußerlich unaufdringlich-elegant gehalten, besaß der 125 gleichfalls ein temperamentvolles Herz: Die über zwei obenliegende Nockenwellen gesteuerte Maschine leistete schon in der Normalversion 90 PS aus 1,6 Litern Hubraum.
Geistiger Vater der drehfreudigen Maschine mit dem herrlich italienischem Klang war maßgeblich der Leiter der Motorenentwicklung Aurelio Lampredi, der im Anschluss an seine Tätigkeit bei Piaggio, Isotta Fraschini und dem Flugzeughersteller Reggiane in der Nachkriegszeit die Motoren bei Ferrari entwarf.
Der Motor des FIAT 125 ist nach dem des FIAT 124 Spider von 1966 die zweite Variante des in Kennerkreisen schlicht als „Lampredi-Motor“ bezeichneten Aggregats. Es wurde der Block des FIAT 124 verwendet, dessen untenliegende Nockenwelle durch eine Nebenwelle ersetzt wurde, die per Zahnriemen angetrieben Ölpumpe und Zündverteiler antrieb. Für den Ventiltrieb des „Lampredi-Motors“ wurde dieser mit einem neuen dreiteiligen Querstrom-Zylinderkopf aus Aluminium mit zwei obenliegenden Nockenwellen versehen.
In zahlreichen Varianten, abgeändert in Bohrung und Hub, ohne oder mit Turbo-Aufladung, wurde der „Lampredi-Motor“ für lange Zeit hergestellt und in so namhaften Fahrzeugen wie dem FIAT 131 Abarth, Lancia Delta, Alfa Romeo 155 Q4, zeitweise auch im Morgan Plus 4 verwendet. Der Motor fuhr viele Siege im Motorsport für FIAT und Lancia ein (Für ausführliche Information siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Fiat_Twin_Cam_engine).
Beim 1968 nachgereichten FIAT 125 Special sorgte ein anderer Vergaser für noch mehr Pfeffer: 100 PS bei gleichem Hubraum waren gut genug für eine Beschleunigung von etwa 11,2 Sekunden von Null auf Hundert und eine Spitzengeschwindigkeit von 170 km/h – das waren Werte, die noch vor wenigen Jahren Sportwagen vorbehalten waren!
Schnell, aber sicher: Wie schon der FIAT 1500, besaßen beide FIAT 125-Modelle Scheibenbremsen an allen vier Rädern. Hinzu kam beim 125 eine Servounterstützung.
Die Kraft wurde – wie damals in dieser Klasse üblich – auf die Hinterräder übertragen, beim Special serienmäßig über ein zu dieser Zeit wenig verbreitetes Fünfganggetriebe, wobei der 5. Gang als „Schongang“ ausgelegt war.