Motoren er strømkilden til bilen. De fleste bilmotorer er enheder til termisk kraft, benævnt termiske motorer. Termodynamisk motor skal konvertere den varmeenergi, der produceres ved forbrænding af brændstof til mekanisk energi ved hjælp af tilstandsændring af arbejdsstof.
I 1876 opfandt Nicolaus A. Otto, en tysker, det frem- og tilbagegående stempel firetakts benzinmotor på basis af atmosfæretrykkmotoren. På grund af de fire slag af indtag, kompression, arbejde og udstødning øges motorens termiske virkningsgrad fra 11% til 14% af den atmosfæriske trykmotor, mens motorens kvalitet reduceres med 70%.
I 1892 opfandt Rudolf Diesel, en tysk ingeniør, en kompressionstændingsmotor (dvs. en dieselmotor), som var det andet største gennembrud i historien om forbrændingsmotorer. På grund af brugen af højt kompressionsforhold og ekspansionsforhold steg den termiske effektivitet for andre motorer på det tidspunkt med en gang.
I 1926 fremsatte schweiziske A. Buchi teorien om udstødningsturbo, der bruger udstødningsenergien fra motoren til at drive kompressoren og sætte motoren under tryk. Efter 1950'erne begyndte gradvis anvendelse af udstødningsgas-turboladeteknologi i forbrændingsmotorer til biler, hvilket forbedrede motorens ydelse kraftigt og blev det tredje største gennembrud i udviklingshistorien for forbrændingsmotorer.
