Đốt nhiên liệu bên trong một xi lanh kín, cho khí giãn nở đẩy pít-tông, và bạn sẽ có một động cơ đốt trong. Ý tưởng rất đơn giản. Nhưng để làm cho nó hoạt động đáng tin cậy thì cần hơn một thế kỷ mày mò thử nghiệm.

Nicolaus Otto đã chế tạo động cơ bốn thì thực dụng đầu tiên vào năm 1876. Rudolf Diesel tiếp nối với động cơ đánh lửa bằng nén vào những năm 1890. Chu trình bốn thì (nạp, nén, đốt, xả) vẫn chi phối hầu hết các động cơ hiện nay. Phiên bản hai thì đốt cháy nhiên liệu ở mọi vòng quay và vẫn được sử dụng trong máy cưa xích và một số xe máy.

Các thành phần cốt lõi

• Khối xi lanh và pít tông.
• Trục khuỷu dùng để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay.
• Các van và trục cam điều khiển dòng khí.
• Hệ thống nhiên liệu để trộn không khí và nhiên liệu.
• Hệ thống làm mát và bôi trơn.

Hiệu suất là điểm yếu. Hầu hết các động cơ xăng chỉ chuyển hóa khoảng một phần tư năng lượng của nhiên liệu thành chuyển động. Phần còn lại thoát ra dưới dạng nhiệt qua khí thải và bộ tản nhiệt. Công nghệ tăng áp, phun nhiên liệu trực tiếp và điều chỉnh thời gian đóng mở van đã thu hẹp khoảng cách này, nhưng động cơ điện vẫn chuyển hóa năng lượng hiệu quả hơn nhiều. Đó là lý do tại sao động cơ đốt trong phải đối mặt với đối thủ cạnh tranh nghiêm túc đầu tiên trong vòng một trăm năm.