汽油机的工作原理主要包括四个冲程：进气、压缩、做功和排气。
进气冲程
进气门打开，活塞向下运动，气缸内形成负压，空气和汽油混合物被吸入气缸。此时气缸内气体压力约为0.075 - 0.09MPa，混合气温度约370 - 400K。
压缩冲程
进、排气门关闭，活塞向上运动，将混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高。混合气压力增加到0.6 - 1.2MPa，温度可达600 - 700K。压缩比一般在8:1到12:1之间，压缩比越大，燃烧时产生的功率越大，但压缩比过大可能导致暴燃和表面点火等不正常燃烧现象，影响发动机性能和寿命。
做功冲程
进、排气门依旧关闭，活塞接近上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的混合气，燃气压力和温度迅速升高，最大压力可达3 - 5MPa，温度高达2200 - 2800K，推动活塞向下运动，通过连杆和曲轴输出机械能。此行程终了时，压力降至0.3 - 0.5MPa，温度为1300 - 1600K。
排气冲程
排气门开启，依靠废气压力自由排气，活塞到达下止点后再向上运动，将废气强制排到大气中。
汽油机通过连续的四个冲程完成一个工作循环，在此过程中，活塞上下往复运动，相应的曲轴转动两周。此外，汽油机还包括供油、点火和冷却等辅助系统，以保障发动机正常运转。