Polttomoottoria käytetään lähes kaikkien maa-ajoneuvojen ja myös monien vesi- ja ilmakäyttöisten ajoneuvojen voimanlähteenä. Polttomoottorissa polttoaine, kuten bensiini, täyttää kammion ja syttyy sitten sytytystulpalla aiheuttaen pienen räjähdyksen, joka synnyttää työtä.
Räjähdyksen synnyttämä tulistettu laajeneva kaasu työntää mäntää, joka käyttää tavallisesti akseliin kytkettyä kampiakselia. Akseli on yhdistetty pyöriin, jotka kääntyvät ajaakseen ajoneuvoa, kuten autoa, eteenpäin.
Koko kammion, sytytystulpan, männän, kampiakselin ja polttoainetta ja ilmaa päästävien venttiilien kokoonpano tunnetaan sylinterinä. Pienet laitteet, kuten moottorisahat, käyttävät vain yhtä sylinteriä, kun taas autot käyttävät yleensä neljästä kahdeksaan. Historiallisissa lentokoneissa on ollut peräti 28 sylinteriä potkurien käyttämiseen.
Polttomoottori eroaa ulkopolttomoottoreista (kuten höyrykoneista) siten, että polttoaineen palamisesta syntyvä energia on tehokkaasti sijoitettu sylinteriin. Höyrykoneissa polttoainetta käytetään muuttamaan vesi höyryksi, joka sitten liikkuu mekanismin läpi ja tarjoaa työtä. Polttomoottoreiden täydellinen valmistuminen kesti jonkin aikaa, koska sylinterin on kestettävä useiden tuhansien räjähdysten kuluminen käyttöikänsä aikana.
Vaikka insinöörit ovat kokeilleet erityyppisillä moottoreilla käytettäviä autoja 18-luvulta lähtien, saksalaiset Daimler ja Benz loivat vasta 19-luvun lopulla polttomoottoreita, jotka soveltuvat massatuotantoon ja kaupallistamiseen. Tämä aloitti polttomoottoreiden modernin aikakauden, jota käytettiin monenlaisiin tarkoituksiin. Yleisessä käytössä yli vuosisadan ajan, voi kestää jonkin aikaa, ennen kuin insinöörimme kehittävät uuden standardin moottoreiden tehostamiseksi monille koneillemme.