Về cơ bản, chúng có thể được hia thành hai loại chính, đó là loại động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Mỗi loại động cơ sẽ lại được chia thành nhiều loại nhỏ khác nhau và sở hữu những ưu/nhược điểm riêng.
Các loại động cơ đốt trong hiện nay có thể kể tới như động cơ xăng, động cơ dầu, động cơ 2 kỳ, động cơ xoay, động cơ tuabin khí…
Động cơ đốt ngoài có thể kể tới hai điện diện chính là động cơ hơi nước và Stirling.
Nhờ sở hữu kích thước nhỏ gọn, nhẹ và hiệu suất hoạt động cao hơn, nên loại động cơ đốt trong ngày càng được sử dụng rộng rãi và áp dụng lên nhiều phương tiện chính hiện nay như xe hơi và xe máy.
Phân loại động cơ dựa vào nhiên liệu
Động cơ xăng: Hiện nay, đa phần các xe con, xe gia đình sử dụng động cơ này vì sự êm ái của nó. Còn xe thể thao dùng động cơ này vì nó mang lại cảm giác "bốc" hơn dầu mỗi lần vào ga.
Động cơ dầu: Loại động cơ này thường được trang bị cho những loại xe cần lượng mô-men xoắn lớn và có được ngay ở tua máy thấp, thường thấy trên xe tải, xe bán tải hoặc những chiếc suv cỡ lớn. Động cơ dầu có ưu điểm tiết kiệm hơn xăng nhưng khi hoạt động lại ồn hơn.
Động cơ lai/Hybrid: Loại này thường sử dụng một động cơ đốt trong, có thể là xăng hoặc dầu kết hợp cùng mô-tơ điện hỗ trợ tăng tốc hoặc gia tăng công suất.
Động cơ điện: Loại này sử dụng nguồn điện từ ắc-quy cao áp dung lượng lớn để vận hành xe.
Động cơ hydro: Loại này vẫn là động cơ điện nhưng dùng pin nhiên liệu hydro để tạo điện, thải ra môi trường là nước.
Phân loại động cơ dựa vào kiểu vận hành của piston
Cái này có hai loại là piston tịnh tiến thẳng và động cơ xoay Wankel, dùng piston xoay quanh trục khuỷu để nén hòa khí vào xi-lanh, tạo năng lượng.
Phân loại động cơ dựa vào bố trí trục cam
Động cơ OHV: chỉ loại động cơ sử dụng trục cam đặt trong thân máy. Đây là kiểu động cơ lâu đời nhất, hiện nay thường được sử dụng trên những mẫu xe cơ bắp và xe thể thao đến từ Mỹ, những chiếc xe buýt cũng như xe tải cũng thường sử dụng loại động cơ này.
Động cơ OHC: chỉ loại động cơ có trục cam được đặt trên đầu xy-lanh, trực tiếp vận hành xu-páp thông qua cò mổ.
Động cơ SOHC: là động cơ trục cam đơn, đặt trên đầu xy-lanh SUV sử dụng gối đẩy của trục cam để đóng/mở các xu-páp. Trục cam của động cơ này được dẫn động bởi trục khuỷu, kết nối thông qua đai truyền.
Động cơ DOHC được gọi là động cơ Twin Cam hoặc Dual Cam, cả 2 đều có nghĩa là cam đôi. Hầu hết tất cả các xe hiện đại ngày nay đều được trang bị động cơ DOHC, từ động cơ xe máy cho đến động cơ ô tô. Kết cấu của động cơ này có hai trục cam, đặt trên đầu xy-lanh.