Sprawność silnika odnosi się do zdolności silnika do przekształcania dostępnej energii z paliwa w użyteczną moc roboczą. Nowoczesny benzynowy silnik spalinowy pracuje ze średnią sprawnością od 20 do 30 procent. Pozostałe 70 do 80 procent energii cieplnej benzyny jest wydalane z silnika jako ciepło spalin, energia dźwięku mechanicznego lub straty tarcia. Na biegu jałowym sprawność silnika wynosi zero, ponieważ silnik nie porusza pojazdu i obsługuje tylko akcesoria, takie jak pompa wody i generator.
Silniki Diesla są nieco wydajniejsze. Silnik wysokoprężny wykorzystuje wysoką kompresję do zapłonu paliwa. Ta wyższa kompresja kompensuje straty pasożytnicze silnika pochłaniające ciepło i skutkuje około 40-procentową wydajnością silnika od biegu jałowego do prawie 2,000 obrotów na minutę. Ta sprawność silnika jest obserwowana tylko w silnikach wysokoprężnych z wtryskiem bezpośrednim.
Stopień sprężania silnika wpłynie na jego wydajność. Wynika to po części ze zdolności silnika do przekształcania ciepła z procesu zapłonu w energię wytwarzającą pracę. Typowy benzynowy silnik samochodowy działa przy stopniu sprężania nie większym niż 10:1. I odwrotnie, typowy silnik wysokoprężny może pracować przy stopniu sprężania wynoszącym nawet 25:1. Im wyższy stopień sprężania, tym lepsza ogólna sprawność silnika.
Ilość tlenu, jaką silnik jest w stanie pochłonąć, bezpośrednio wpływa na jego zdolność do wydajniejszej pracy. To jest powód wprowadzania podtlenku azotu do układu paliwowego silnika benzynowego. Podtlenek azotu dodaje cząsteczki tlenu do paliwa, umożliwiając spalanie większej ilości paliwa w komorze spalania. To spalanie dodawanego paliwa pozwala na wydajniejszą pracę silnika.
Rodzaj paliwa ma również bezpośredni wpływ na wydajność silnika. Benzyna o wyższej liczbie oktanowej pozwoli silnikowi pracować z wyższym stopniem sprężania. To z kolei zapewnia większą wydajność silnika. Paliwa, takie jak nitrometan, wytwarzają tlen, tworząc w ten sposób znacznie większą moc, umożliwiając spalanie większej ilości paliwa w silniku.
Niektóre silniki są jeszcze mniej wydajne. Na przykład silnik tłokowo-parowy pracuje z około 8% sprawnością silnika. Był to główny czynnik, który przyczynił się do upadku lokomotywy parowej. Z drugiej strony turbiny parowe działają na poziomach wydajności równych lub przekraczających wydajność silnika wysokoprężnego. Dlatego turbina parowa jest wykorzystywana w elektrociepłowniach. Silnik turbogazowy jest najbardziej wydajnym ze wszystkich silników, gdy pracuje z pełną mocą. Służą do produkcji energii elektrycznej w okresach intensywnego użytkowania i są wyłączane po zaspokojeniu dodatkowego zapotrzebowania.