Принцип роботи автомобільного двигуна полягає в перетворенні теплової енергії, що отримується в результаті згоряння повітряно-паливної суміші, в механічну роботу.

На даний момент у автомобілях застосовуються бензинові чи дизельні двигуни. Розрізняються вони способом займання повітряно паливної суміші та видом палива, що застосовується для роботи двигуна.

У бензиновому двигуні повітряно-паливна суміш утворюється в карбюраторі чи інжекторі. Потім ця суміш надходить у робочий циліндр через впускний клапан. У циліндрі знаходиться поршень, який здійснює поступальні рухи вгору та вниз. Коли повітряно-паливна суміш потрапила до циліндра, поршень рухається вгору і стискає її у 8 або 10 разів. У момент, коли поршень досягає крайньої верхньої точки, між пластинами свічки запалювання з’являється електрична іскра, яка займає повітряно-паливну суміш. У циліндрі відбувається вибух повітряно-паливної суміші, у результаті якого поршень рухається вниз. Поршень кріпиться на шатуні за допомогою спеціального стрижня (пальця), а шатун кріпиться на одному з колін колінчастого валу. Під час руху поршня вниз, він тисне на шатун, а той на коліно колінчастого валу. Таким чином, поступальний рух поршня перетворюється на обертальний колінчастого валу і маховика. Коли поршень досягає крайньої нижньої точки, в циліндрі відкривається випускний, оскільки згорілий газ перебуває під великим тиском, він сам виривається через відритий клапан з циліндра. Такі двигуни називають чотиритактними, оскільки присутні чотири такти роботи двигуна: – впуск, стиснення, такт розширення (робочий хід) та вихлоп.
Дизельні двигуни відрізняються від бензинових тим, що паливо впорскується в розігріте і стиснене повітря в циліндрі. Так як повітря розігріте до температури вище температури займання палива, відбувається вибух повітряно-паливної суміші, в результаті якого поршень рухається вниз. Далі слідує такт випуску відпрацьованих газів.