汽車主要是內燃機。內燃機是指將液體或氣體燃料與空氣體混合后直接輸入氣缸內的高壓燃燒室燃燒爆炸產生動力的裝置。這也是一種將熱能轉化為機械能的熱機。內燃機具有體積小、重量輕、易移動、熱效率高、起動性能好的特點。但是，內燃機一般使用石油燃料，廢氣中含有有害氣體。往復活塞式內燃機、旋轉活塞式內燃機和燃氣輪機都是內燃機。往復活塞式內燃機廣泛應用于汽車。

往復活塞式內燃機可以用不同的方式分類。

根據缸內點火方式的不同，可分為點燃式發動機和壓燃式發動機。取決于所使用的燃料

可以分為汽油機和柴油機。使用汽油為燃料的內燃機稱為汽油機；使用柴油機為燃料的內燃機稱為柴油機。汽油機與柴油機比較各有特點：汽油機轉速高，質量小，噪聲小，起動容易，制造成本低；柴油機壓縮比大，熱效率高，經濟性能和排放性能都比汽油機好。按照完成一個工作循環所需的行程數，可分為四行程內燃機和二行程內燃機。

將曲軸旋轉兩次，活塞在氣缸內上下往復運動四個沖程完成一個工作循環的內燃機稱為四沖程內燃機。通過轉動曲軸一次并使活塞在氣缸中上下往復運動兩個沖程來完成一個工作循環的內燃機稱為二沖程內燃機。四沖程內燃機廣泛應用于汽車。

根據冷卻方式的不同，可分為水冷發動機和風冷發動機。水冷式發動機使用在氣缸體和氣缸蓋的冷卻水套中循環的冷卻液作為冷卻介質進行冷卻。風冷發動機使用在氣缸體和氣缸蓋外表面散熱片之間流動的空氣體作為冷卻介質進行冷卻。水冷發動機因其冷卻均勻、運行可靠、冷卻效果好而被廣泛應用于現代汽車發動機中。

根據氣缸數量，可分為單缸發動機和多缸發動機。只有一個氣缸的發動機叫做單缸發動機；兩缸以上的發動機稱為多缸發動機，如雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸。現代汽車發動機大多采用4缸、6缸和8缸發動機。

根據氣缸排列的不同，可分為單排和雙排。單排發動機的每個氣缸排成一排，一般是垂直排列，但為了降低高度，有時氣缸會傾斜排列甚至水平排列；雙排發動機氣缸排成兩排，兩排之間的夾角小于180°，稱為V型發動機。如果兩排夾角為180°，稱為對置發動機。

內燃機根據進氣系統是否采用增壓可分為自然吸氣發動機和強制進氣發動機。汽油機往往是自然吸氣的；為了提高柴油機的功率，采用了增壓技術。