Hiệu suất nhiên liệu đo lường quãng đường mà một chiếc xe có thể đi được với một lượng nhiên liệu nhất định. Tại Hoa Kỳ, nó được biểu thị bằng dặm trên gallon (MPG). Ở hầu hết các quốc gia khác, nó được biểu thị bằng lít trên 100 km (LG), trong đó con số càng thấp càng tốt. Hai con số này không tỷ lệ thuận với nhau. Một chiếc xe có hiệu suất 30 MPG sẽ tiêu thụ 7,8 lít trên 100 km. Một chiếc xe có hiệu suất 15 MPG sẽ tiêu thụ 15,7 lít trên 100 km.

Hiệu suất nhiên liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Thiết kế động cơ, trọng lượng xe, khí động học, lực cản lăn của lốp và hiệu suất hệ thống truyền động đều quan trọng. Thói quen lái xe cũng ảnh hưởng không kém. Tăng tốc đột ngột, tốc độ cao và để xe chạy không tải quá lâu sẽ lãng phí nhiên liệu. Duy trì áp suất lốp phù hợp và tháo bỏ giá nóc giúp cải thiện hiệu suất. Lập kế hoạch tuyến đường để tránh tắc đường cũng vậy.

Tiêu chuẩn tiết kiệm nhiên liệu trung bình của doanh nghiệp (CAFE) đặt ra các yêu cầu tối thiểu về hiệu quả cho các nhà sản xuất ô tô tại Hoa Kỳ. Các tiêu chuẩn này đã được nâng cao theo thời gian, thúc đẩy các nhà sản xuất chế tạo những chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu hơn. Xe điện được tính toán khác, và hiệu quả của chúng được đo bằng dặm trên gallon tương đương (MPGe). Một chiếc xe điện điển hình đạt hiệu suất hơn 100 MPGe.

Hiệu suất nhiên liệu không giống với mức tiêu thụ nhiên liệu, mặc dù hai thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau. Hiệu suất là thước đo kỹ thuật về mức độ chuyển hóa nhiên liệu thành chuyển động. Mức tiêu thụ nhiên liệu là kết quả thực tế. Cả hai đều quan trọng đối với chi phí và lượng khí thải.