Un motor alternativ folosește pistoane pentru a transforma energia chimică în mișcare mecanică. Face acest lucru prin arderea unui combustibil și apoi direcționând gazul fierbinte astfel încât să împingă un piston. Pistonul este conectat în așa fel încât va începe să rotească un arbore cotit circular; când pistonul a ajuns la capătul cursei, va reveni în poziția inițială fără a aduce arborele cotit înapoi cu el. Din punct de vedere istoric, cele mai comune tipuri de motoare cu piston au fost motorul cu abur și motorul cu ardere internă. Cantitatea de putere furnizată de un motor cu piston este legată de volumul intern total al cilindrilor săi.
Primul exemplu de motor alternativ care a fost utilizat pe scară largă a fost motorul cu abur. Până la începutul secolului al XIX-lea, inginerii britanici au dezvoltat modele de mașini cu abur care oferă suficientă putere pentru a concura cu roțile de apă. Această putere putea fi folosită într-o varietate de scopuri, departe de râuri – motoarele cu abur și-au găsit în curând drum în fabrici, locomotive și nave și au fost o forță motrice din spatele primei revoluții industriale.
În aceste mașini cu abur, cărbunele este ars pentru a furniza căldură pentru a fierbe apa. Aburul de înaltă presiune rezultat este apoi canalizat într-un cilindru cu un piston în el. Pistonul este împins până la capătul cilindrului, rotind un arbore cotit printr-o biela. În acest moment, o supapă direcționează aburul departe de cilindru, astfel încât să nu mai acționeze asupra pistonului. Acum că arborele cotit se mișcă, impulsul său poate trage pistonul înapoi în poziția inițială, iar ciclul poate începe din nou.
Un alt tip de motor alternativ este motorul cu ardere internă. Un motor cu ardere internă își obține căldura de la un combustibil chimic, cum ar fi benzina, care este ars în interiorul cilindrilor săi. Supapele de admisie permit aerului să intre înainte ca combustibilul să fie ars. De asemenea, supapele de evacuare permit gazelor să iasă din motor după ce a avut loc arderea. Carburatoarele sau, din ce în ce mai mult, injectoarele de combustibil, permit amestecul adecvat de combustibil și aer pentru arderea ideală.
Într-un motor cu ardere internă, pistoanele sunt conectate mecanic la un arbore cotit – dacă un piston se mișcă, toate celelalte pistoane trebuie să se miște cu el. Pozițiile lor, totuși, sunt eșalonate, astfel încât, în timp ce un piston este în curs de ardere, altul poate fi gaze de evacuare. Această configurație duce la un motor alternativ mai puțin sacadat, deoarece puterea este produsă în mai mult de o parte a ciclului complet. În automobile, motoarele cu ardere internă au de obicei între patru și opt cilindri.