汽油機是用汽油作燃料的一種電火花點火式內燃發動機。
汽油機一般采用往複活塞式結構，由本體、曲柄連杆機構、配氣係統、供油係統、潤滑係統和點火係統等部分組成。
汽油機比柴油機輕巧，製造成本低，噪聲較小，低溫起動性較好，但熱效率較低且燃料消耗率大。摩托車、油鋸和其他小功率動力機械，為求輕便、價廉，常用二衝程風冷式汽油機；固定式小功率汽油機為求結構簡單、工作可靠而成本較低，大多用四衝程水冷式；轎車和輕型貨車則大多用頂置氣門水冷式汽油機。但隨著油耗問題日益受到重視，柴油機在這類汽車上應用漸廣；小型飛機所用發動機為求輕便和升功率大，大多用半球型燃燒室的風冷式汽油機。
往複活塞式內燃機的組成部分主要有曲柄連杆機構、機體和氣缸蓋、配氣機構、供油係統、潤滑係統、冷卻係統、起動裝置等。
氣缸是一個圓筒形金屬機件。密封的氣缸是實現工作循環、產生動力的源地。各個裝有氣缸套的氣缸安裝在機體裏，它的頂端用氣缸蓋封閉著。活塞可在氣缸套內往複運動，並從氣缸下部封閉氣缸，從而形成容積作規律變化的密封空間。燃料在此空間內燃燒，產生的燃氣動力推動活塞運動。活塞的往複運動經過連杆推動曲軸作旋轉運動，曲軸再從飛輪端將動力輸出。由活塞組、連杆組、曲軸和飛輪組成的曲柄連杆機構是內燃機傳遞動力的主要部分。
活塞組由活塞、活塞環、活塞銷等組成。活塞呈圓柱形，上麵裝有活塞環，借以在活塞往複運動時密閉氣缸。上麵的幾道活塞環稱為氣環，用來封閉氣缸，防止氣缸內的氣體漏泄，下麵的環稱為油環，用來將氣缸壁上的多餘的潤滑油刮下，防止潤滑油竄入氣缸。活塞銷呈圓筒形，它穿入活塞上的銷孔和連杆小頭中，將活塞和連杆聯接起來。連杆大頭端分成兩半，由連杆螺釘聯接起來，它與曲軸的曲柄銷相連。連杆工作時，連杆小頭端隨活塞作往複運動，連杆大頭端隨曲柄銷繞曲軸軸線作旋轉運動，連杆大小頭間的杆身作複雜的搖擺運動。
曲軸的作用是將活塞的往複運動轉換為旋轉運動，並將膨脹行程所作的功，通過安裝在曲軸後端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲存能量，使活塞的其他行程能正常工作，並使曲軸旋轉均勻。為了平衡慣性力和減輕內燃機的振動，在曲軸的曲柄上還裝有配重塊平衡質量。
氣缸蓋中有進氣道和排氣道，內裝進、排氣門。新鮮充量(即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣)經空氣濾清器、進氣管、進氣道和進氣門充入氣缸。膨脹後的燃氣經排氣門、排氣道和排氣管，最後經排氣消聲器排入大氣。進、排氣門的開啟和關閉是由凸輪軸上的進、排氣凸輪，通過挺柱、推杆、搖臂和氣門彈簧等傳動件分別加以控製的，這一套機件稱為內燃機配氣機構。通常由空氣濾清器、進氣管、排氣管和排氣消聲器組成進排氣係統。
為了向氣缸內供入燃料，內燃機均設有供油係統。傳統汽油機通過安裝在進氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例(空燃比)混合，然後經進氣管供入氣缸，由汽油機點火係統控製的電火花定時點燃。
內燃機氣缸內的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱，溫度升高。為了保證內燃機正常運轉，上述零件必須在許可的溫度下工作，不致因過熱而損壞，所以必須備有冷卻係統。
內燃機不能從停車狀態自行轉入運轉狀態，必須由外力轉動曲軸，使之起動。這種產生外力的裝置稱為起動裝置。常用的有電起動、壓縮空氣起動、汽油機起動和人力起動等方式。
內燃機的工作循環由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中隻有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現作功過程而需要的過程。按實現一個工作循環的行程數，工作循環可分為四衝程和二衝程兩類。衝程即活塞從氣缸的一端運動到另一端的過程。
四衝程是指在進氣、壓縮、膨脹和排氣四個行程內完成一個工作循環，此間曲軸旋轉兩圈。進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關閉。流過空氣濾清器的空氣，或經化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經進氣管道、進氣門進入氣缸；壓縮行程時，氣缸內氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產生高溫、高壓，推動活塞下行並作功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內廢氣經排氣門排出。此後再由進氣行程開始，進行下一個工作循環。