Moottori on auton virtalähde. Suurin osa moottorimoottoreista on lämpövoimalaitteita, joita kutsutaan lämpömoottoreiksi. Termodynaamisen moottorin on muutettava polttoaineen palamisessa tuotettu lämpöenergia mekaaniseksi energiaksi työaineen tilan vaihdon avulla.
Vuonna 1876 saksalainen Nicolaus A. Otto keksi ilmakehän mäntämoottorin perusteella mäntämoottorista nelitahtisen bensiinimoottorin. Neljän sisääntulon, puristuksen, työn ja pakokaasun takia moottorin lämpötehokkuus kasvaa 11%: sta 14%: iin ilmanpainemoottorista, kun taas moottorin laatu heikkenee 70%.
Vuonna 1892 saksalainen insinööri Rudolf Diesel keksi puristussytytysmoottorin (ts. Dieselmoottorin), joka oli toinen suuri läpimurto polttomoottoreiden historiassa. Korkean puristussuhteen ja laajenemissuhteen käytön vuoksi muiden moottorien lämpötehokkuus nousi tuolloin kerrallaan.
Vuonna 1926 sveitsiläinen A. Buchi esitti pakokaasujen turboahtumisen teorian, joka käyttää moottorin pakoenergiaa kompressorin ohjaamiseen ja moottorin paineistamiseen. 1950-luvun jälkeen pakokaasujen turboahdetustekniikkaa alettiin vähitellen soveltaa autojen polttomoottoreihin, mikä paransi huomattavasti moottorin suorituskykyä ja siitä tuli kolmas suuri läpimurto polttomoottoreiden kehityshistoriassa.
