Eficiența motorului se referă la capacitatea unui motor de a transforma energia disponibilă din combustibilul său în putere de lucru utilă. Motorul modern cu ardere pe benzină funcționează cu o eficiență medie de aproximativ 20 până la 30 la sută. Restul de 70 până la 80 la sută din energia termică a benzinei este expulzată din motor fie ca căldură de evacuare, fie ca energie mecanică a sunetului sau pierdere prin frecare. La ralanti, eficiența motorului este zero, deoarece motorul nu mișcă vehiculul și operează doar accesorii, cum ar fi pompa de apă și generatorul.
Motoarele diesel sunt ceva mai eficiente. Motorul diesel folosește compresie ridicată pentru a-și aprinde combustibilul. Această compresie mai mare compensează pierderile parazite care slăbesc căldura motoarelor și are ca rezultat o eficiență de aproximativ 40% a motorului de la ralanti până la aproape 2,000 de rotații pe minut. Această eficiență a motorului este observată doar de motoarele diesel cu injecție directă.
Raportul de compresie al unui motor va afecta capacitatea acestuia de a fi eficient. Acest lucru se datorează, în parte, capacității motorului de a converti căldura din procesul de aprindere în muncă producătoare de energie. Motorul tipic de automobile pe benzină funcționează la un raport de compresie de cel mult 10:1. În schimb, motorul diesel tipic poate funcționa cu un raport de compresie de până la 25:1. Cu cât raportul de compresie este mai mare, cu atât eficiența generală a motorului este mai bună.
Cantitatea de oxigen pe care un motor este capabil să o înghită afectează în mod direct capacitatea sa de a funcționa mai eficient. Acesta este motivul pentru introducerea protoxidului de azot în sistemul de combustibil al unui motor pe benzină. Protoxidul de azot adaugă molecule de oxigen în combustibil, permițând arderea mai multor combustibil în camera de ardere. Această ardere a combustibilului adăugat permite motorului să funcționeze mai eficient.
Tipul de combustibil afectează, de asemenea, în mod direct eficiența motorului. Benzina cu o valoare octanică mai mare va permite motorului să funcționeze cu un raport de compresie mai mare. Aceasta, la rândul său, creează o eficiență mai mare a motorului. Combustibili precum nitrometanul produc oxigen, creând astfel mult mai multă putere, permițând arderea mai multor combustibil în motor.
Unele motoare sunt chiar mai puțin eficiente. Motorul cu piston cu abur, de exemplu, funcționează cu o eficiență de aproximativ 8 procente. Acesta a fost un factor principal în dispariția locomotivei cu abur. Turbinele cu abur, pe de altă parte, funcționează la niveluri de eficiență egale sau depășind cele ale motorului diesel. Acesta este motivul pentru care turbina cu abur este folosită pentru centralele electrice. Motorul cu turbină cu gaz este cel mai eficient dintre toate motoarele atunci când funcționează la putere maximă. Sunt folosite pentru a produce energie electrică în perioadele de utilizare intensă și sunt oprite după ce nevoia suplimentară a fost satisfăcută.