Olyckan inträffade vid 19.30-tiden, .i en skymd kruva på Ekhagavägen i Motala. Cyklisten, en man i 30-årsåldern, mötte mopeden där en pojke och en flicka i 15-årsåldern färdades.
Cyklisten skadades och fördes med ambulans till Universitetssjukhuset i Linköping.
De båda på mopeden chockades och fick hjälp av anhöriga att ta sig till lasarettet i Motala.
Polisen har inlett en utredning kring olyckan och har bland annat tagit mopeden i beslag. Detta för att utreda om skicket på den kan ha varit en bidragande orsak till krocken.
Enligt en bulletin från Region Östergötland ska cyklisten ha fått allvarliga skador. Tidigt på onsdagsmorgonen bedömdes hans tillstånd som stabilt, men han kommer kvarstanna för observation.