We wczesnych latach pięćdziesiątych NSU pracowało nad nową koncepcją silnika. Pracami kierował Felix Wankel. Pod koniec lat dwudziestych XX wieku zaczął eksperymentować z obrotowym sterowaniem zaworami w silniku motocyklowym. W 1934 roku uruchomił swój pierwszy silnik rotacyjny, ale nad ciągłym rozwojem tego pomysłu pracował do końca życia. Podczas II wojny światowej Wankel w Niemieckim Instytucie Badań Aeronautycznych spotkał Waltera Froede.
Froede, który posiadał tytuł doktora inżynierii, poświęcił całą swoją energię i zawodową karierę firmie NSU. Wystarczy powiedzieć, że po dołączeniu do firmy jako kierownik w dziale testów w 1941 roku, na emeryturę przeszedł w roku 1975, jako szef działu rozwoju NSU.
On i Felix Wankel dzielili pasję do innowacji, a ich ulubionym projektem był właśnie silnik rotacyjny. W 1951 roku obaj znajomi szybko doszli do porozumienia, podpisano umowę i rozpoczęto wspólne prace rozwojowe.
Pierwszym owocem współpracy NSU i Wankla był silnik motocyklowy o pojemności 250 cm3 z zaworami obrotowymi, oparty na jednostce stosowanej w modelach NSU Lux i Max.
W połowie lat pięćdziesiątych NSU zaczęło wytwarzać również samochody, więc firma skoncentrowała się na opracowywaniu silników samochodowych. W tym właśnie czasie Wankel rozwinął koncepcję motoru, określając go mianem silnika z tłokiem obrotowym (Drehkolbenmotor). W tym typie silnika, owalny tłok z trzema wierzchołkami, znany również jako wirnik, rotuje w prawie okrągłej obudowie, która również się obraca. Widząc potencjalne możliwości rozwoju, NSU przedłużyło umowę z Felixem Wanklem, stawiając sobie za cel opracowanie silników z tłokiem obrotowym, powszechnie określanych skrótem "DKM".
1 lutego 1957 roku był wielkim dniem w NSU w Neckarsulm: DKM 54, pierwszy na świecie silnik z tłokiem obrotowym, został po raz pierwszy uruchomiony na stanowisku testowym. Pracował płynnie, robiąc wrażenie na inżynierach. Jednak po 15 godzinach na stanowisku testowym zaczęły pojawiać się pierwsze problemy z uszczelnieniem.
W związku z tym, inżynierowie NSU postanowili przekonstruować silnik od początku. By zmniejszyć jego złożoność i zwiększyć szanse na wykorzystanie w modelu produkcyjnym, w nowej jego wersji tłok obracał się wewnątrz stałej obudowy. Na początku 1959 roku ten silnik tłokowy (Kreiskolbenmotor), KKM 250, został po raz pierwszy uruchomiony na stanowisku testowym.
Inżynierowie nadal rozwijali, udoskonalali i poprawiali KKM 250. Po latach prac rozwojowych został on w końcu po raz pierwszy zainstalowany w pojeździe testowym, modelu NSU Prinz. Niepozorny, bluszczowozielony Prinz, nie zrobił wtedy większego wrażenia w fabryce w Neckarsulm. Tylko nieliczni wtajemniczeni wiedzieli, jaki silnik w nim zamontowano. I tak, latem 1959 roku, samochód z nowym silnikiem odbył jazdę próbną w Neckarsulm i po okolicy. Niedługo później, inżynierowie zainstalowali następcę KKM 250, KKM 400, w NSU Sport Prinz.
We wrześniu 1963 roku, tuż przed Międzynarodowym Salonem Samochodowym we Frankfurcie, wszystko w fabryce w Neckarsulm stanęło w miejscu na godzinę. Gerd Stieler von Heydekampf, ówczesny prezes zarządu NSU, zaprezentował pracownikom "NSU Spider", ówczesną oficjalną nazwę samochodu. Nowy samochód sportowy przyciągał wzrok: Nadwozie typu monocoque bazowało na projekcie Giuseppe "Nuccio" Bertone.
Na targach IAA samochód został przyjęty z entuzjazmem, zwłaszcza ze względu na rewolucyjny silnik. Wraz ze skrzynią biegów, alternatorem i rozrusznikiem silnik ważył zaledwie 125 kilogramów. Zajmował tak mało miejsca, że można go było zamontować z tyłu pod podłogą. Taka konstrukcja oznaczała, że sportowy Spider miał zarówno przedni, jak i tylny bagażnik.
Wreszcie, nowa jednostka napędowa charakteryzowała się wyjątkowo niskim poziomem wibracji, a NSU reklamowało go jako pracującą tak cicho, niczym silnik sześciocylindrowy. Dla wielu nowa konstrukcja stała się powszechnie znana jako silnik Wankla.
Wieść o jego zaletach szybko się rozniosła i wkrótce znani producenci samochodów i silników zaczęli zwracać się do Neckarsulm o licencje na nową technologię silników rotacyjnych. Wśród zainteresowanych byli m.in. General Motors, Daimler-Benz, Porsche, Nissan, Toyota i Toyo Kogyo - dziś znana jako Mazda.
Działalność licencyjna przynosiła NSU zyski, ale sprzedaż NSU/Wankel Spider była powolna. Od jesieni 1964 roku ten elegancki samochód sportowy był dostępny w sprzedaży w kolorach czerwonym Alfa lub białym Lily i kosztował około 8500 marek zachodnioniemieckich. Do lipca 1967 roku zbudowano dokładnie 2375 egzemplarzy tego pierwszego samochodu z silnikiem Wankla.
W roku 1967 NSU podjęło kolejną próbę upowszechnienia tej technologii silnikowej. Wtedy pojawił się NSU Ro 80 z przerobionym, dwuwirnikowym silnikiem Wankla - ale ponownie bez oczekiwanego sukcesu rynkowego.
