汽油机是用汽油作燃料的一种电火花点火式内燃发动机。
汽油机一般采用往复活塞式结构，由本体、曲柄连杆机构、配气系统、供油系统、润滑系统和点火系统等部分组成。
汽油机比柴油机轻巧，制造成本低，噪声较小，低温启动性较好，但热效率较低，且燃料消耗率大。摩托车、油锯和其他小功率动力机械，为求轻便、价廉，常用二冲程风冷式汽油机；固定式小功率汽油机为求结构简单、工作可靠而成本较低，大多用四冲程水冷式；轿车和轻型货车则大多用顶置气门水冷式汽油机。但随着油耗问题日益受到重视，柴油机在这类汽车上应用渐广；小型飞机所用发动机为求轻便和升功率大，大多用半球形燃烧室的风冷式汽油机。
往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、启动装置等。
气缸是一个圆筒形金属机件。密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴做旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。
活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆连接起来。连杆大头端分成两半，由连杆螺钉连接起来，它与曲轴的曲柄销相连。连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆身做复杂的摇摆运动。
曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动，并将膨胀行程所做的功，通过安装在曲轴后端上的飞轮传递出去。飞轮能储存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲轴旋转均匀。为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动，在曲轴的曲柄上还装有配重块平衡质量。
气缸盖中有进气道和排气道，内装进、排气门。新鲜充量（即空气或空气与燃料的可燃混合气）经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管，最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮，通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的，这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。
为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。传统汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例（空燃比）混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。
内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。
内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之启动。这种产生外力的装置称为启动装置。常用的有电启动、压缩空气启动、汽油机启动和人力启动等方式。
内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外做功的过程，其他过程都是为更好地实现做功过程而需要的过程。按实现一个工作循环的行程数，工作循环可分为四冲程和二冲程两类。冲程即活塞从气缸的一端运动到另一端的过程。
四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭。流过空气滤清器的空气，或经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。
内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净，使本循环供入尽可能多的新鲜充量，以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧，从而发出更大的功率。换气过程的好坏直接影响内燃机的性能。为此除了降低进、排气系统的流动阻力外，主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭。
实际上，进气门是在活塞运行到气缸上止点前即开启（此时正处于排气行程末期），以保证活塞下行时进气门有较大的开度，这样可在进气过程开始时减小流动阻力，延长气门开启的时间，减少吸气所消耗的功，同时也可充入较多的新鲜充量。当活塞在进气行程中运行到下止点时，由于气流惯性，新鲜充量仍可继续充入气缸，故使进气门在下止点后延迟关闭。
排气门也在下止点前提前开启，即在膨胀行程后部分即开始排气，这是为了利用气缸内较高的燃气压力，使废气自动流出气缸，从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些，以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功。排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性，使气缸内的残余废气排除得更为干净。
内燃机性能主要包括动力性能和经济性能。动力性能是指内燃机发出的功率（扭矩），表示内燃机在能量转换中量的大小，标志动力性能的参数有扭矩和功率等。经济性能是指发出一定功率时燃料消耗的多少，表示能量转换中质的优劣，标志经济性能的参数有热效率和燃料消耗率。
内燃机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作的可靠性和使用寿命，不断创制新型内燃机。
知识链接：二冲程汽油发动机的工作原理
曲轴旋转一圈，活塞上下各一次，完成一个工作循环的发动机，称二冲程发动机。二冲程发动机的气缸上，设有进气孔、排气孔和换气（扫气）孔，这些孔通过活塞在气缸中上下运动时实现开与闭。
（1）辅助行程（吸气、压缩过程）。曲轴旋转，活塞从下止点向上止点运动，当活塞上行，把扫气孔和排气孔关闭时，使已从扫气孔进入气缸的新鲜可燃混合气被压缩；由于活塞的上行，使活塞的下方的曲轴箱容积增大，产生真空吸力，把进气口的舌簧阀吸开，燃油与空气经化油器混合的可燃混合气被吸入曲轴箱，当活塞到上止点时，这一行程结束。
（2）做功行程（爆燃、排气、扫气）。当活塞上行，将要接近上止点时，火花塞产生电火花，把已被压缩的可燃混合气点燃，燃烧的气体迅速膨胀，使气缸内的压力和温度急剧升高，在高压气体的推动下，迫使活塞从上止点向下止点运动，活塞通过连杆，将高压气体的推力传给曲轴使之旋转做功，使热能转变成机械能；由于活塞的下行，使曲轴箱的容积减小，压力增高，进气口的舌簧阀被关闭，进入曲轴箱的可燃混合气被预压缩；活塞继续下行时，排气孔打开，燃烧后的废气从排气孔排出；随着排气孔打开，扫气孔被打开，曲轴箱中被预压缩的可燃混合气经扫气孔进入气缸，并将废气进一步驱逐出气缸，这一过程称换气过程。
做功行程结束时，一个工作循环便完成了。从上述过程中可知，在辅助行程中，活塞上方在压缩，活塞下方在进气；在做功行程中，活塞上方在做功、排气和扫气，而活塞下方对进入曲轴箱的可燃混合气进行预压缩。只要曲轴连续旋转，工作循环便能连续不断地进行。
