La quasi totalità delle automobili adotta motori a combustione interna, fra i quali prevalgono i motori alternativi a ciclo Otto e a ciclo diesel. Tutti i motori per automobili sono alimentati da una miscela composta dall’ossigeno e dal  carburante che dipende dal ciclo impiegato; può essere liquido (benzina, oppure una miscela di alcol e benzina) o gassoso (GPL, oppure metano) nei motori a ciclo Otto, mentre è sempre gasolio nei motori diesel.

Il classico motore alternativo (detto anche motore a pistoni) a quattro tempi richiede quattro corse alternate del pistone, due discendenti e due ascendenti, per compiere le quattro fasi del ciclo termodinamico. La prima corsa discendente (fase di aspirazione) crea nel cilindro una depressione che provoca l'aspirazione della miscela carburante-comburente, che viene quindi compressa durante la prima corsa ascendente (fase di compressione). La seconda corsa discendente (fase di combustione ed espansione) è determinata dalla spinta che il pistone riceve dei gas ad alta temperatura in espansione, prodotti dalla combustione della miscela; la seconda corsa ascendente (fase di scarico) consente infine l'evacuazione dei gas combusti.

Le valvole di ammissione e di scarico presenti alla sommità del cilindro regolano l'aspirazione della miscela e l'espulsione dei gas residui. Al termine dell'espansione questi gas escono dal cilindro con violenza quasi esplosiva quando la valvola di scarico si apre improvvisamente; dopo essere passati attraverso il collettore di scarico, i gas vengono immessi nel silenziatore, dove si espandono prima di essere rilasciati nell'atmosfera.

La continuità di erogazione della potenza e la maggiore fluidità di azione del motore a quattro tempi si sono ottenute grazie allo sviluppo del motore a quattro cilindri, sincronizzati in modo che uno di essi sia sempre in fase attiva (cioè nella fase di combustione ed espansione). Un ulteriore aumento di potenza e di fluidità si ottiene con i motori a 6, 8, 10, 12 e 16 cilindri, disposti su una sola fila (motori in linea) o su due file convergenti (motori a V).