Un moteur transforme un carburant ou de l'électricité en énergie mécanique. Dans la plupart des voitures, il s'agit d'un moteur à combustion interne, qui brûle de l'essence ou du diesel pour actionner des pistons, faire tourner un vilebrequin et entraîner les roues. Dans les véhicules électriques, un moteur électrique remplit cette fonction sans combustion. Les deux sont des moteurs au sens large, mais le terme se réfère généralement au type de combustion.

Le cycle à quatre temps est le cycle standard. Le piston descend et aspire l'air et le carburant. Il remonte et comprime le mélange. Une bougie d'allumage enflamme le mélange, et la détente des gaz repousse le piston vers le bas. Le piston remonte ensuite et expulse les gaz d'échappement. Le cycle se répète alors des centaines, voire des milliers de fois par minute.

Un moteur comporte de nombreuses pièces : cylindres, pistons, soupapes, vilebrequin, arbre à cames et système de distribution assurant la synchronisation de l’ensemble. Les moteurs modernes sont équipés de turbocompresseurs, de la distribution variable et de l’injection directe pour optimiser la puissance et le rendement. Un système de gestion électronique contrôle en temps réel l’injection de carburant, l’allumage et les émissions.

Le moteur est le cœur d'une voiture classique. Il détermine ses performances, sa consommation et son caractère. Un V8 a une sonorité différente d'un quatre cylindres turbocompressé. Un diesel cliquette. Un moteur électrique ronronne. Chacun a sa propre personnalité.