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°。
排气冲程（exhaust stroke)
排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=（1.05～1.20）p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。
气缸体和曲轴箱通常铸成一体，统称为气缸体，它是发动机的外壳及装配基础，一般采用优质合金铸铁或铝合金制成。气缸体内呈圆柱形的空间称为气缸，气缸表面称为气缸壁。气缸是气体交换、燃烧的场所，也是活塞运动的轨道。为保证活塞与气缸的密封及减少磨损，气缸壁应具有有效较高的加工精度和较低的表面粗糙度。为了使气缸在工作时的热量得到散发，在气缸体、气缸套机体之间制有能够容纳冷却液的夹层空腔，称为水套。