汽油机作为能量转换器，其运作原理包含四个关键步骤:
首先，在吸气冲程中，活塞由上向下移动，吸入空气与汽油混合物（或仅为空气），此时飞轮完成半周旋转。紧接着，进入压缩冲程，活塞上升，飞轮继续转动，机械能转化为内能，为后续燃烧做准备。
做功冲程是汽油机的核心阶段，活塞向下运动，飞轮再转半周，内能通过燃烧膨胀，转化为强大的机械能，驱动曲轴旋转，实现一次动力输出。最后，排气冲程，活塞上升，飞轮依靠惯性继续转动，废气从气缸排出。
发动机的运作并非孤立，而是依赖于多个精密部件的协作。包括气缸盖、气缸体和下曲轴箱（油底壳）在内的组件构成汽油机的基本结构。燃烧室内壁由气缸盖和气缸体共同形成，而机体的其他部分则支撑着诸如配气机构、燃料供给系统和冷却系统等关键功能。
配气机构，如进气门、排气门、气门挺杆和由曲轴正时齿轮驱动的凸轮轴，负责控制气缸内可燃混合气的流入和废气的排出，确保燃烧过程的顺利进行。燃料供给系统则由汽油箱、汽油泵、滤清器、化油器、进气管和排气管等组成，负责混合和供应燃料。
最后，冷却系统扮演着降温散热的角色，如水泵、散热器、风扇、分水管和水套等，确保发动机在高温下正常运作，将热量散发至大气中。