4サイクルエンジンの仕組みを理解する第一歩は、「ピストンがシリンダー内を2往復（合計4回上下運動）する間に、混合気の吸入からガスの排出までの一連のサイクルを完結させる」という動作ルールを把握することにあります。このとき、クランクシャフトは合計720度（2回転）回転します。
内部で寸分の狂いもなく繰り返されているのは、次の「吸気・圧縮・燃焼・排気の4行程」です。
① 吸気行程（ピストン下降／吸気バルブ開）
シリンダー最上部（上死点）にあったピストンが下降を始めると、シリンダー内に強烈な負圧（吸い込む力）が生じます。このタイミングに合わせて吸気バルブが開き、霧状のガソリンと空気が混ざり合った「混合気」（直噴エンジンの場合は空気のみ）がシリンダー内に吸い込まれます。
② 圧縮行程（ピストン上昇／吸気・排気バルブ閉）
ピストンが最下部（下死点）に到達すると吸気バルブが閉じ、燃焼室は完全な密閉空間となります。ピストンが再び上昇することで、吸い込んだ混合気を元の体積のおよそ8〜14分の1にまで強烈に押し縮めます。気体は圧縮されると急激に温度と圧力が上昇し、極めて燃えやすい状態を作り出します。
③ 燃焼・膨張行程（ピストン下降／吸気・排気バルブ閉）
ピストンが上死点付近に達した瞬間、点火プラグが数万ボルトの電気火花を飛ばします。圧縮された混合気は爆発的に燃焼し、燃焼室内の温度は瞬間的に2000℃近くまで跳ね上がります。この膨張エネルギーがピストンの頭頂部を凄まじい力で押し下げます。4つの行程の中で唯一、外向きにパワーを生み出すのがこの行程です。
④ 排気行程（ピストン上昇／排気バルブ開）
勢いよく押し下げられたピストンが下死点に達すると、今度は排気バルブが開き、ピストンが再び上昇します。燃えかすとなった燃焼ガス（排気ガス）をシリンダー外のエキゾーストマニホールドへと力強く押し出し、シリンダー内を次のサイクルのためにリフレッシュします。
この一連の流れを支える中核パーツが、ピストンとクランクシャフトの構造です。ピストンの往復直線運動をコネクティングロッド（コンロッド）を介して回転運動へと変換し、車輪を回すトルクを生み出しています。また、クランクシャフトの回転に連動して正確なタイミングでバルブを開閉させるカムシャフトやタイミングチェーンなど、点火プラグと動弁機構の役割が高度に同期して初めて、1分間に数千回転という驚異的なスピードで安定燃焼を継続できるのです。
