Рабочий цикл двигателя состоит из четырех тактов, которые периодически повторяются в цилиндре двигателя, обеспечивая тем самым его непрерывную работу.

Поршень перемещается из ВМТ в НМТ. При этом впускной клапан открыт, и через него цилиндр заполняется горючей смесью (в дизельном двигателе поступает чистый воздух, а уже в конце первого такта, через форсунку, впрыскивается дизельное топливо) до тех пор, пока поршень не окажется в НМТ. Выпускной же канал закрыт.

Перемещение поршня в цилиндре влечет за собой перемещение кривошипа и вращение коленчатого вала. За первый такт работы двигателя коленвал проворачивается на полоборота.

Рабочая смесь (смесь, приготовленная карбюратором или инжектором, попавшая в цилиндр, и смешавшаяся с остатками отработавших газов) заполнила цилиндр, впускной и выпускной клапаны надежно закрыты.

В этот момент поршень начинает движение снизу вверх (от НМТ к ВМТ), пытаясь прижать рабочую смесь к головке цилиндра. К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает до 0,8–1,2 МПа, а температура достигает 450–500 °С.

Горючая смесь воспламеняется с помощью искры свечи зажигания. Из-за этого газ расширяется, и давление от его расширения начинает двигать поршень вниз (от ВМТ к НМТ), приводя во вращение через шатун коленчатый вал.

В момент сгорания горючей смеси температура в цилиндре повышается до 1800–2000 °С, а давление — до 2,5–3,0 МПа.

Выпускной канал открывается, и поршень, перемещаясь снизу вверх (от НМТ к ВМТ), выталкивает оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы. Через глушитель эти газы уходят в атмосферу.