按結構分類
汽車發動機通常有三個以上的氣缸，汽車發動機的主要分類方法是基於氣缸的布局和排列。壹般有直列式、V型、W型和水平對置式。
直列式發動機，所有的氣缸以相同的角度並排排列在壹個平面上。其優點是氣缸體和曲軸的結構非常簡單，並且使用氣缸蓋，因此制造成本低，尺寸緊湊。直列發動機穩定性高，低速扭矩特性好，油耗少，但有功率低的缺點，不適合6缸以上的發動機。直列發動機在國產車上應用廣泛，幾乎所有中檔以下的國產車和四缸發動機的車型都是直列發動機。
經典的例子:寶馬壹直是直列發動機的堅定擁護者，寶馬的L6(直列六缸)發動機無論是技術含量、缸數還是性能，都可以算是直列發動機中的極致。寶馬的頂級車型，新的7系轎車，仍然有壹個L6發動機的版本。
V型發動機，所有氣缸分為兩組，相鄰氣缸以壹定的夾角排列在壹起，使兩組氣缸形成壹個有夾角的平面，從側面看，氣缸呈V形，故稱V型發動機。
v型發動機高度小，長度小，便於布置在車上。特別是現代汽車更註重空氣動力學，汽車迎風面越小越好，引擎蓋越低。此外，如果發動機長度縮短，可以為駕駛室留出更多空間。由於氣缸已經錯開，通過加大氣缸直徑來提高排量和功率比較方便，適合更高的氣缸數。此外，V型發動機氣缸排列方向相反，也可以抵消壹部分震動，使發動機運轉更加平穩。
V型發動機的缺點是必須使用兩個氣缸蓋，結構復雜，成本高。另外，它的寬度加大後，發動機兩側的空間就小了，不容易布置其他設備。
目前國內很多中高級車用的都是V型六缸發動機，比如君威、帕薩特、奧迪A6。
經典例子:歐洲豪華車往往采用8缸以上的V型發動機設計。比如勞斯萊斯汽車，奔馳S600汽車，都是V12發動機。目前V發動機最高可以達到16缸，排量在10升以上。
W型發動機，W型發動機是德國大眾獨家發動機技術。V型發動機是將每側的氣缸錯開壹個小角度形成的(比如帕薩特W8的小角度是15度)。換句話說，W型發動機的氣缸排列是由兩個小V形組成壹個大V形。嚴格來說，W發動機也應該是V發動機的變種。
與V型發動機相比，W型發動機可以使發動機更短，曲軸更短，可以節省發動機占用的空間，減輕重量，但其寬度更大，使機艙更加飽滿。
W發動機最大的問題是發動機從壹個整體分成兩部分，運行時必然會產生很大的震動。為了解決這個問題，大眾在W型發動機上設計了兩根反向旋轉的平衡軸，這樣兩個零件的振動就可以在內部相互抵消。
經典的例子:大眾的旗艦車型輝騰之前沒有2缸發動機，但是相比同級的S600，大眾的新發動機W12徹底改變了這壹劣勢。大眾旗下的另外兩款豪華車賓利GT和奧迪旗艦A8L6.0將使用發動機W12。
水平對置發動機，如果把直列發動機看成是夾角為0度的V型發動機，當兩排氣缸的夾角展開到180度，氣缸水平排列時，就是水平對置發動機。
水平對置發動機最大的優點是重心低。因為它的氣缸是“平”的，降低了車的重心，同時也能讓車頭設計的又平又低。這些因素可以增強汽車的行駛穩定性。另外，水平對置氣缸布局是壹種對稱穩定的結構，使得發動機的運行平順性優於V型發動機，運行時的功率損失也是最小的。
經典例子:水平對置發動機是日本富士汽車的招牌技術之壹，水平對置發動機采用的富士WRX-STi車型是世界拉力賽領域的傳奇車型，也是世界賽車家族夢寐以求的最愛。
轉子發動機，傳統發動機通過活塞在氣缸內的往復運動帶動汽車前進，發動機和氣缸本身是相對靜止的，而轉子發動機是三角活塞轉子發動機，利用三角轉子的旋轉運動來控制壓縮和排放。轉子發動機的優勢是顯而易見的。它體積小，重量輕，功率大，振動和噪音極低。但由於轉子技術的復雜性，其制造成本極高，耐用性低於傳統發動機。
經典例子:到目前為止，只有壹家制造商，馬自達，將轉子發動機技術應用於市場產品。目前，馬自達著名的RX-8跑車是轉子發動機技術的最新繼承者。
按發動機布局劃分
根據發動機在車身上的布局，也可以分為前置發動機、中置發動機和後置發動機三種。
目前國內汽車市場上能看到的車型大多是前置發動機，也就是發動機位於前軸的前方。前置發動機的優點是簡化了汽車的變速器和驅動橋的結構。特別是對於目前絕對主流的前輪驅動車輛，發動機直接將動力傳遞給前輪，省略了長傳動軸，不僅減少了動力傳遞損失，還大大降低了動力傳遞機構的復雜程度和故障率。因為發動機是放在駕駛員前面的，所以在正面碰撞中，發動機可以保護駕駛員免受沖擊，從而提高汽車的安全性。
與前置發動機相對應的是後置發動機，往往對應的是壹些後輪驅動的大馬力車型。典型的車型是保時捷的911系列跑車。另外還有壹種布局，就是發動機位於汽車的前後橋之間。對於壹些極度追求性能的車型來說，將發動機居中是壹種比較理想的方式，因為發動機的位置正好靠近汽車的重心，而不是重量過於集中在汽車的前部或後部，達到最佳的重量比，這樣會大大提高汽車的操控性和行駛穩定性。包括法拉利和蘭博基尼在內的許多經典跑車都采用了中置發動機布局。
按燃料分類
柴油發動機和汽油發動機
根據使用的燃料，汽車發動機可分為汽油發動機和柴油發動機。
與柴油相比，汽油沸點較低，容易汽化。汽油機壓縮氣缸，將吸入的汽油汽化，與氣缸內的空氣混合，形成可燃混合氣。最後火花塞放電點燃氣體推動氣缸活塞做功。柴油的特點是自燃溫度低，所以柴油發動機不需要火花塞等點火裝置。它利用壓縮空氣提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油自燃試驗。此時，柴油、柴油噴霧和空氣同時被噴射和點燃。壹般來說，汽油機相對於兩種發動機來說，需要非常精確地控制汽油的噴射量、噴射時刻和點火時刻，所以結構往往比柴油機更復雜、更精密，而柴油機的氣缸壓力大於汽油機，所以對材料的結構強度和剛度要求更高。
性能方面，汽油機的優勢是最大功率和轉速高，運行安靜平穩，排放低，而柴油機的優勢是燃燒效率高，油耗低，低速扭矩和最大扭矩遠超汽油機。反映到駕駛體驗中，人們會發現柴油車在山路和坡道上起步非常快，後勁十足，然後在中後期的加速和最大速度上就不如同檔次的汽油機版了。國內傳統的柴油發動機壹直給人的印象是體積大，噪音大，汙染嚴重，所以國產車基本都用汽油機。但近年來，國外知名汽車廠商開始將壹些最新的柴油機技術引入中國，大大改善了國人對柴油機的偏見。比如壹汽大眾剛剛推出的寶來這款TDI柴油發動機，在環保性、動力性、乘坐舒適性上並不遜色於汽油發動機，而且還有柴油發動機特有的大扭矩和超低油耗，市場前景非常看好。
發動機的氣缸分為直列式、V型、水平對置式和新出現的W型。
直列氣缸也叫平行氣缸，通常是4缸或6缸。
優點:穩定、成本低、結構簡單、運行平衡好、體積小。
缺點:當排量和缸數增加時，發動機的長度會大大增加。
四缸直列發動機壹般廣泛應用於排氣量小於2.2升的發動機。
6缸直列發動機，最著名的例子是寶馬的M3。寶馬選擇6缸直列發動機的主要目的是為了方便配重和穩定性。雖然直列引擎相對簡單，但絕對不是不好的代名詞。
v型發動機
常見的V發動機有V6，V8，V10，V12。有V3，V5，V16(不要和某些直列發動機代表的氣門數量混淆)。顧名思義，V代表發動機氣缸的V形排列，壹般為90度，可以抵消運轉時的震動，更加穩定。還有75度和72度。雷諾甚至用了90多度的廣角V10發動機。
優點:運行穩定(適用於V6、V8和V12)且節省空間。
缺點:結構復雜，不利於保養維修，成本高。同時V3和V5包括V10無論是結構還是排量都不是很穩定，尤其是V10 3L發動機，也就是F1的發動機，需要投入大量的精力和資金來保證其穩定性。
代表車型:奧迪A6、法拉利360、保時捷carrear GT、奔馳S600。分別使用V6、V8、V10和V12發動機。V3主要出現在部分摩托車上，V5據說用在上壹代大眾高爾夫上。V16可以在壹些豪華老爺車中找到。
水平對置發動機
這也是V型發動機，只不過V的夾角變成了180度，壹般是4缸或者6缸。
優點:重心低(廢話，是180度，還能比它低嗎)，容易控制和平衡。
缺點:成本還是高，發動機太寬。
水平對置發動機最著名的應用在於保時捷著名的911。
w發動機
這種發動機可能有點奇怪，但這沒什麽。“V+V=VV”只是W，只是兩個V引擎。
W型發動機的設計思路是用兩個V型發動機組成壹個V型發動機。
優點:結構更緊湊，可容納更多氣缸，排量更大。
缺點是結構太復雜！操作的平衡性不好。
因為專利的原因，這種發動機只能在大眾、奧迪等少數幾款車上看到。歐系大眾高爾夫、歐系大眾帕薩特、奧迪A8分別搭載W6、W8、W12發動機。
外擺線發動機
轉子發動機又稱三角活塞轉子發動機，是壹種特殊的活塞發動機。轉子的活塞是壹個凸弧三角形。當轉子在周轉線的缸體中旋轉時，圓弧三角形的三個頂點與缸壁保持接觸，從而在轉子圓弧面和缸壁之間形成三個相互隔離的工作腔。這三個工作室的容積隨著轉子的旋轉而周期性地變化。轉子每旋轉壹周，每個工作腔可以完成壹個四沖程過程，對應活塞往復式發動機的四個沖程，從而形成壹個完整的工作循環。