Les relations entre la pression, le volume et la température des gaz sont les principes de base du fonctionnement du moteur. Un moteur à combustion interne est un dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique. L'essence est vaporisée et mélangée à de l'air, forcée ou aspirée dans un cylindre, comprimée par un piston, puis enflammée par une étincelle électrique. La conversion de l'énergie thermique résultante en énergie mécanique puis en travail s'effectue dans le cylindre. La figure illustre les différents composants du moteur nécessaires pour accomplir cette conversion et présente également les principaux termes utilisés pour indiquer le fonctionnement du moteur.

Le cycle de fonctionnement d'un moteur alternatif à combustion interne comprend la série d'événements nécessaires pour induire, comprimer, allumer et brûler, provoquant l'expansion de la charge carburant/air dans le cylindre et pour récupérer ou évacuer les sous-produits du processus de combustion. Lorsque le mélange comprimé est enflammé, les gaz de combustion résultants se dilatent très rapidement et forcent le piston à s'éloigner de la culasse. Ce mouvement vers le bas du piston, agissant sur le vilebrequin par l'intermédiaire de la bielle, est converti en un mouvement circulaire ou rotatif par le vilebrequin. Une soupape dans le haut ou la tête du cylindre s'ouvre pour permettre aux gaz brûlés de s'échapper, et l'élan du vilebrequin et de l'hélice force le piston à remonter dans le cylindre où il est prêt pour le prochain événement du cycle. Une autre soupape dans la culasse s'ouvre alors pour laisser entrer une nouvelle charge du mélange carburant / air. La soupape permettant l'échappement des gaz d'échappement brûlants est appelée soupape d'échappement, et la soupape qui laisse entrer la charge fraîche du mélange carburant/air est appelée soupape d'admission. Ces vannes sont ouvertes et fermées mécaniquement aux moments appropriés par le mécanisme d'actionnement des vannes. Par conséquent, l'ordre des cinq événements d'un moteur à quatre temps est l'admission, la compression, l'allumage, la puissance et l'échappement.  

L'alésage d'un cylindre est son diamètre intérieur. La course est la distance parcourue par le piston d'une extrémité du cylindre à l'autre, en particulier du point mort haut (TDC) au point mort bas (BDC), ou vice versa.