按冷却方式不同可以分为水冷发动机和风冷发动机。水冷发动机冷却均匀，工作可靠，冷却效果好，被广泛应用于现代车用发动机。
按冲程数可分为四冲程内燃机和二冲程内燃机。汽车发动机广泛使用四冲程内燃机。
按燃油供应方式分类：化油器发动机和电喷发动机以及缸内直喷发动机。
做功冲程（power stroke)
当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000～6 000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达 b 点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。
发动机是由曲柄连杆机构和配气机构两大机构，以及冷却、润滑、点火、燃料供给、启动系统等五大系统组成。主要部件有气缸体、气缸盖、活塞、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等。往复活塞式内燃机的工作腔称作汽缸，汽缸内表面为圆柱形。在汽缸内作往复运动的活塞通过活塞销与连杆的一端铰接，连杆的另一端则与曲轴相连，曲轴由气缸体上的轴承支承，可在轴承内转动，构成曲柄连杆机构。活塞在汽缸内作往复运动时，连杆推动曲轴旋转。反之，曲轴转动时，连杆轴颈在曲轴箱内作圆周运动，并通过连杆带动活塞在气缸内上下移动。曲轴每转一周，活塞上、下各运行一次，汽缸的容积在不断的由小变大，再由大变小，如此循环不已。汽缸的顶端用汽缸盖封闭。汽缸盖上装有进气门和排气门。通过进、排气门的开闭实现向汽缸内充气和向汽缸外排气。进、排气门的开闭由凸轮轴驱动。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮驱动。
机油盘的作用是储存润滑油，故俗称油底壳。它一般采用薄壁钢板冲压而成，内部设有稳油挡板以防止润滑油过分激荡，底部设有放油塞以便更换润滑油。
气缸盖的主要作用是封闭气缸上部，并与活塞顶构成燃烧室。气缸盖上有燃烧室、水套、火花塞座孔（柴油发动机有喷油器安装孔）、进排气道、气门座、气门导管座孔等。上部装有摇臂轴总成，用气缸盖罩封闭，结合面间装有密封点垫。汽油发动机气缸盖一般是整体的，但也有例外，如EQ6100—1型发动机就是两个气缸盖。气缸直径较大的柴油发动机采用一缸一盖或二缸一盖，最多不超过三缸一盖，以防止气缸盖变形。