A energia calorífica, resultante da combustão da mistura gasosa, converte-se em energia mecânica, por intermédio dos pistões, bielas e virabrequim. O rendimento do motor depende da quantidade de energia calorífica que é transformada em energia mecânica.
Quanto maior for o volume da mistura de combustível e ar admitida no cilindro e a compressão dessa mistura, maior será a potência específica do motor. A relação entre os volumes da mistura gasosa no cilindro, antes e depois da compressão, é designada por taxa ou relação de compressão.
Quando a faísca da vela de ignição inflama a mistura comprimida, a explosão deve propagar-se rapidamente, progressiva e uniformemente na cabeça do pistão que limita a câmara de explosão. Se a taxa de compressão for demasiada elevada para o tipo de gasolina utilizada, a combustão não será progressiva. A parte da mistura que se encontrar mais afastada da vela de ignição vai se inflamar violentamente ou detonará. Quando sucede tal fato, ou quando o motor tem muito avanço, costumasse dizer que o motor está adiantado.
Esta detonação poderá causar um aquecimento excessivo, além de perda de rendimento e, caso persista, danificará o motor. O excessivo aquecimento, e a diminuição de rendimento num motor pode resultar na pré-ignição (autoignição), ou seja, inflamação de parte da mistura antes da vela soltar a faísca, devido à existência de velas defeituosas ou de temperatura inadequado ou até mesmo à presença – na câmara de explosão – de depósitos de carvão que se mantêm continuamente incandescentes. A pré-ignição, tal como a detonação, pode causar graves danos e reduz a potência do motor.
Os motores de automóveis, em sua grande maioria, têm um ciclo de funcionamento de 4 tempos, ou ciclo Otto. Como as válvulas de admissão e escapamento devem abrir-se uma vez em cada ciclo, a árvore de comando que as aciona gira a metade da velocidade de rotação do virabrequim, a qual completa duas rotações em cada ciclo. Também existem motores de 2 tempos nos quais se dá uma explosão cada vez que o pistão desce, ou seja, uma vez em cada rotação do virabrequim. Este ciclo, basicamente mais simples do que o ciclo de 4 tempos, já foi muito utilizado em motos.
No tempo de admissão, a válvula de admissão abre e a de escapamento mantém-se fechada. O pistão desce, aspirando a mistura de combustível e ar, que penetra no cilindro. No fim do curso do pistão, a válvula de admissão fecha-se.
No tempo de compressão, as válvulas de admissão e de escape mantém-se fechadas. Ao subir, o pistão comprime a mistura na câmara de explosão, o que resulta na vaporização dela devido ao calor gerado pela compressão.
No tempo de explosão do motor ambas as válvulas permanecem fechadas. O gás comprimido, ao ser inflamado pela faísca da vela de ignição, expande-se, impelindo o pistão para baixo.
No tempo de escapamento do motor, a válvula de admissão mantém-se fechada e a válvula de escape permanece aberta. O pistão sobe a fim de expulsar os gases restantes da combustão.
