Kaksitahtimoottori on polttomoottorityyppi, joka yhdistää tyypillisen kaasu- tai dieselmoottorin neljä toimintoa kahteen iskuun. Bensiinikäyttöisiä kaksitahtimoottoreita löytyy esimerkiksi moottorisahoista ja perämoottoreista, kun taas kaksitahtimoottorisia dieselmoottoreita käytetään yleensä esimerkiksi vetureiden ja alusten voimanlähteenä. Tyypilliset nelitahtimoottorit käyvät läpi imu-, puristus-, palamis- ja pakokaasusyklin. Kaksitahtimoottori suorittaa samat toiminnot, mutta sillä on vain puristusiskut ja palamisiskut – imu- ja pakoputket on sisällytetty puristus- ja palamisiskuihin.
Pohjimmiltaan kaksitahtimoottori koostuu sylinterimäisen kammion sisällä olevasta männästä. Puristuskammio on männän toisella puolella ja kampikammio toisella puolella. Sytytystulppa sijaitsee puristuskammion päässä. Imu- ja poistoaukot sijaitsevat sylinterin seinissä.
Puristusiskun aikana mäntä puristaa ilman ja polttoaineen seosta liikkuessaan kohti sytytystulppaa. Samanaikaisesti toinen kaasun kaasun ilman, polttoaineen ja öljyn seos vedetään kampikammioon imuaukon kautta. Kun mäntä saavuttaa puristusiskun lopun, sytytystulppa laukeaa ja palamisiskut alkavat.
Kun sytytystulppa syttyy, puristuskammion paineilma ja polttoaine syttyvät, mikä pakottaa männän alaspäin palamisiskun ajaksi. Kun mäntä liikkuu alaspäin, pakoputki aukeaa ja paine sylinterissä työntää pakokaasut ulos; samaan aikaan männän liike puristaa kampikammion ilmaa ja polttoainetta. Kun mäntä saavuttaa iskunsa pohjan, imuventtiili aukeaa ja kampikammion paineistettu polttoaineseos valuu sylinteriin. Sitten puristusiskut alkavat uudelleen.
Kaksitahtinen dieselmoottori toimii samalla tavalla, ja sillä on yksi merkittävä ero: kammioihin vedetään ja puristetaan vain ilmaa. Polttoaine ruiskutetaan suoraan puristuskammioon ja syttyy välittömästi paineen ja lämpötilan vuoksi. Diesel -kaksitahtimoottoreissa on oltava myös turboahdin ja ahdin, joka pakkaa moottoriin tulevan ilman, jolloin ne ovat suurempia ja kalliimpia kuin bensiinimoottorit.
Polttoaineen käytön erilaisuuden vuoksi kaksitahtimoottoria käytetään pieniin työkaluihin ja ajoneuvoihin, kuten nurmikkolaitteisiin ja vapaa -ajan vesiajoneuvoihin, kun taas kaksitahtimoottorisia dieselmoottoreita käytetään paljon suurempiin sovelluksiin, kuten laivoihin ja juniin. Kumpaakaan ei yleensä käytetä autoissa, koska kaksitahtimoottorit kuluvat nopeammin, ovat vähemmän polttoainetehokkaita ja aiheuttavat enemmän saastumista kuin nelitahtimoottorit. Yleensä diesel kaksitahtimoottorit ovat liian suuria tavalliselle autolle.