Los motores de combustión interna, también llamados de explosión, son otro tipo de máquinas térmicas. Usan combustible dentro de la cámara de un cilindro. El principio consiste en aprovechar la expansión acompañada de gran aumento de presión y temperatura de los gases producidos después de la combustión, para comunicar un empuje al émbolo y a través de una biela con articulaciones en sus extremos, transformar el movimiento de vaivén en uno de rotación cigüeñal.
Por ejemplo, un motor de combustión interna de cuatro tiempos describe el ciclo siguiente. Primero, el émbolo baja absorbiendo combustible y aire a través de una válvula de admisión. El segundo tiempo es la compresión. Aquí, la válvula se cierra y el émbolo se desplaza hacia la parte alta del cilindro quedando atrapada la mezcla de combustible y aire. A continuación se produce una explosión por la chispa eléctrica procedente de la bujía de encendido que provoca una violenta dilatación de los gases que empujan ahora al émbolo hacia abajo, y que al estar sincronizado con el cigüeñal, realiza trabajo mecánico. El cuarto momento lo constituye el escape de los gases resultantes de la combustión, cuando el émbolo asciende y se abre la válvula de escape. El diagrama de presión-volumen se muestra en la figura.
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