Двигатель располагался в задней части корпуса и представлял собой V-образный четырехтактный 12-цилиндровый дизель с жидкостным охлаждением, первоначально разработанный для танка БТ-7М. Данная версия двигателя объемом 3,8 литра была модернизирована под Т-34. При 1800 об/мин развивал мощность 493л.с.  Соотношение мощность/масса составило 18,8 л.с. на тонну, что позволяло танку Т-34 развивать скорость 54 км/ч на шоссе и 25 км/ч по пересеченной местности в зависимости от ее характера при среднем расходе топлива 1,84 л/км.  При движении по шоссе этот параметр значительно улучшался. Двигатель В-2 позволял также значительно увеличить запас хода Т-34 (до 464 км) по сравнению с танками, имевшими обычные бензиновые двигатели внутреннего сгорания. Главный топливный бак находился внутри корпуса, четыре вспомогательных бака цилиндрической формы - на бортах и два бака меньших размеров - на корме. Трансмиссия располагалась в кормовой части корпуса и не загромождала боевое отделение и отделение управления. В начале войны трансмиссия была ненадежной, поэтому некоторые экипажи возили запасные трансмиссии, привязывая их тросами к моторному отделению.