Η απόδοση του κινητήρα αναφέρεται στην ικανότητα ενός κινητήρα να μετατρέπει τη διαθέσιμη ενέργεια από το καύσιμο σε χρήσιμη ισχύ. Ο σύγχρονος κινητήρας καύσης βενζίνης λειτουργεί κατά μέσο όρο περίπου 20 έως 30 τοις εκατό απόδοσης κινητήρα. Το υπόλοιπο 70 έως 80 τοις εκατό της θερμικής ενέργειας της βενζίνης αποβάλλεται από τον κινητήρα είτε ως θερμότητα εξάτμισης, είτε ως μηχανική ηχητική ενέργεια είτε ως απώλεια τριβής. Στο ρελαντί, η απόδοση του κινητήρα είναι μηδενική αφού ο κινητήρας δεν κινεί το όχημα και λειτουργεί μόνο αξεσουάρ, όπως η αντλία νερού και η γεννήτρια.
Οι κινητήρες ντίζελ είναι λίγο πιο αποδοτικοί. Ο κινητήρας ντίζελ χρησιμοποιεί υψηλή συμπίεση για να ανάψει το καύσιμο του. Αυτή η υψηλότερη συμπίεση αντισταθμίζει την παρασιτική απώλεια θερμότητας των κινητήρων και έχει ως αποτέλεσμα περίπου 40 τοις εκατό απόδοση κινητήρα από το ρελαντί έως σχεδόν 2,000 στροφές ανά λεπτό. Αυτή η απόδοση κινητήρα παρατηρείται μόνο από κινητήρες ντίζελ άμεσου ψεκασμού.
Ο λόγος συμπίεσης ενός κινητήρα θα επηρεάσει την ικανότητά του να είναι αποδοτικός. Αυτό οφείλεται, εν μέρει, στην ικανότητα του κινητήρα να μετατρέπει τη θερμότητα από τη διαδικασία ανάφλεξης σε έργο που παράγει ενέργεια. Ο τυπικός βενζινοκινητήρας αυτοκινήτου δεν λειτουργεί με αναλογία συμπίεσης όχι περισσότερο από 10:1. Αντίθετα, ο τυπικός κινητήρας ντίζελ μπορεί να λειτουργεί με αναλογία συμπίεσης έως και 25:1. Όσο υψηλότερος είναι ο λόγος συμπίεσης, τόσο καλύτερη είναι η συνολική απόδοση του κινητήρα.
Η ποσότητα οξυγόνου που μπορεί να απορροφήσει ένας κινητήρας επηρεάζει άμεσα την ικανότητά του να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά. Αυτός είναι ο λόγος για την εισαγωγή του υποξειδίου του αζώτου στο σύστημα καυσίμου ενός βενζινοκινητήρα. Το υποξείδιο του αζώτου προσθέτει μόρια οξυγόνου στο καύσιμο, επιτρέποντας την καύση περισσότερου καυσίμου στον θάλαμο καύσης. Αυτή η καύση του προστιθέμενου καυσίμου επιτρέπει στον κινητήρα να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά.
Ο τύπος καυσίμου επηρεάζει επίσης άμεσα την απόδοση της μηχανής. Η βενζίνη με υψηλότερη βαθμολογία οκτανίων θα επιτρέψει στον κινητήρα να λειτουργεί με υψηλότερο λόγο συμπίεσης. Αυτό με τη σειρά του δημιουργεί μεγαλύτερη απόδοση κινητήρα. Καύσιμα όπως το νιτρομεθάνιο παράγουν οξυγόνο, δημιουργώντας έτσι πολύ περισσότερη ισχύ επιτρέποντας την καύση περισσότερων καυσίμων μέσα στον κινητήρα.
Ορισμένοι κινητήρες είναι ακόμη λιγότερο αποδοτικοί. Η μηχανή εμβόλου-ατμού, για παράδειγμα, λειτουργεί με απόδοση κινητήρα περίπου 8%. Αυτός ήταν ένας πρωταρχικός παράγοντας στην κατάρρευση της ατμοκίνητης ατμομηχανής. Οι ατμοστρόβιλοι από την άλλη, λειτουργούν σε επίπεδα απόδοσης ίσα ή μεγαλύτερα από αυτά του κινητήρα ντίζελ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο ατμοστρόβιλος χρησιμοποιείται για εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ο κινητήρας αεριοστροβίλου είναι ο πιο αποδοτικός από όλους τους κινητήρες όταν λειτουργεί σε πλήρη ισχύ. Χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε περιόδους υψηλής χρήσης και κλείνουν αφού καλυφθεί η πρόσθετη ανάγκη.