往復運動是指“上下”或“前後”運動。在往復式發動機中，是指活塞在能產生動力的氣缸中上下運動。幾乎所有這種類型的發動機都是建立在氣缸體或發動機缸體上的。氣缸體由鐵或鋁制成。它由發動機氣缸和水管組成，水管稱為水套，冷卻水在水套中循環。氣缸體的頂部被氣缸蓋蓋住，從而形成燃燒室。氣缸體的底部由油底殼或油箱密封。
動力是由氣缸中活塞的直線運動產生的。然而，直線運動必須轉換成旋轉運動才能使客車或卡車的車輪轉動。活塞通過活塞銷連接到連桿的頂端，而連桿的底端連接到曲軸，曲軸將直線運動轉化為旋轉運動。連桿通過連桿軸承裝配到曲軸上。曲軸和氣缸體由主軸承裝配。
氣缸的直徑稱為發動機的內徑。排量和壓縮比是兩個常用的發動機參數。排量表示發動機的大小，壓縮比是整個氣缸的容積與壓縮室容積的比值。
沖程用來描述活塞在氣缸中的運動，即活塞沖程。壹個工作循環可能需要兩個或四個沖程來完成，這取決於發動機的類型。四沖程發動機也稱為奧托循環發動機。為了紀念德國工程師尼古拉斯·奧托，他在1876首次應用了四沖程內燃機原理。在四沖程發動機中，完成壹個工作循環需要四個沖程。根據沖程所執行的動作，每個沖程依次被命名為進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。
1.進氣沖程
隨著活塞向下移動，空氣和汽油的混合物從打開的進氣口進入氣缸。為了使進氣充足，在活塞到達上止點前，進氣門開啟約10o，這樣進氣門和排氣門的開啟重合角為20o。直到下止點後50o左右，進氣口保持打開，使吸入的可燃混合氣得到充分利用。
2.壓縮沖程
當活塞向上運動，進氣口關閉，油氣混合物在燃燒室內被壓縮，壓力可以上升到1MPa左右，這取決於壓縮比、節氣門開度、發動機轉速等多種因素。當壓縮沖程接近上止點時，火花塞間隙內產生電火花橋，點燃油氣混合物。
3.動力行程
氣體燃燒膨脹產生約3.5MPa的氣壓，活塞在氣缸內被向下推動。當作功沖程接近底部時，排氣門打開。
4.排氣沖程
活塞再次向上運動，同時在到達下止點前，排氣門打開50o，降低了氣缸內的壓力，降低了排氣沖程中活塞所受的壓力。同時排出廢氣，為下壹個循環的進氣沖程做準備。通常，在排氣沖程結束之前，進氣門開啟。
只要發動機運轉，這種四沖程循環就在每個氣缸中不斷重復。
二沖程發動機也通過四個動作來完成壹個工作循環。但進氣和壓縮動作混合在壹個沖程中，作功和排氣混合在另壹個沖程中。二沖程循環或二沖程循環比二沖程循環更準確。
在汽車發動機中，所有的活塞都連接到壹個曲軸上。發動機中的氣缸越多，每次旋轉中的作功沖程就越多。這表明八缸發動機運行更平穩，因為每個作功沖程在時間和發動機旋轉角度上更接近。