按冷卻方式不同可以分為水冷發動機和風冷發動機。水冷發動機冷卻均勻，工作可靠，冷卻效果好，被廣泛應用于現代車用發動機。
按沖程數可分為四沖程內燃機和二沖程內燃機。汽車發動機廣泛使用四沖程內燃機。
按燃油供應方式分類：化油器發動機和電噴發動機以及缸內直噴發動機。
做功沖程（power stroke)
當活塞接近上止點時，由火花塞點燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒壓力pZ達3 000～6 000kPa，溫度TZ達2 200～2 800K。高溫高壓的燃氣推動活塞從上止點向下止點運動，并通過曲柄連桿機構對外輸出機械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達 b 點時，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1 200～1 500K。在做功沖程，進氣門、排氣門均關閉，曲軸轉動180°。
排氣沖程（exhaust stroke)
排氣沖程時，排氣門開啟，進氣門仍然關閉，活塞從下止點向上止點運動，曲軸轉動180°。排氣門開啟時，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統的阻力作用，排氣終點r 點的壓力稍高于大氣壓力，即pr=（1.05～1.20）p0。排氣終點溫度Tr=900～1100K。活塞運動到上止點時，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。
氣缸體和曲軸箱通常鑄成一體，統稱為氣缸體，它是發動機的外殼及裝配基礎，一般采用優質合金鑄鐵或鋁合金制成。氣缸體內呈圓柱形的空間稱為氣缸，氣缸表面稱為氣缸壁。氣缸是氣體交換、燃燒的場所，也是活塞運動的軌道。為保證活塞與氣缸的密封及減少磨損，氣缸壁應具有有效較高的加工精度和較低的表面粗糙度。為了使氣缸在工作時的熱量得到散發，在氣缸體、氣缸套機體之間制有能夠容納冷卻液的夾層空腔，稱為水套。