Der Motorwirkungsgrad bezieht sich auf die Fähigkeit eines Motors, die verfügbare Energie seines Kraftstoffs in nutzbare Arbeitsleistung umzuwandeln. Der moderne Otto-Verbrennungsmotor arbeitet mit einem durchschnittlichen Motorwirkungsgrad von etwa 20 bis 30 Prozent. Die restlichen 70 bis 80 Prozent der Wärmeenergie des Benzins werden vom Motor entweder als Abgaswärme, mechanische Schallenergie oder Reibungsverluste abgegeben. Im Leerlauf ist der Motorwirkungsgrad null, da der Motor das Fahrzeug nicht bewegt und nur Zubehör wie Wasserpumpe und Generator bedient.
Dieselmotoren sind etwas effizienter. Der Dieselmotor verwendet eine hohe Verdichtung, um seinen Kraftstoff zu entzünden. Diese höhere Verdichtung kompensiert die wärmeraubenden parasitären Verluste des Motors und führt zu einem Motorwirkungsgrad von etwa 40 Prozent vom Leerlauf bis zu fast 2,000 Umdrehungen pro Minute. Diese Motoreffizienz wird nur von Dieselmotoren mit Direkteinspritzung beobachtet.
Das Verdichtungsverhältnis eines Motors beeinflusst seine Fähigkeit, effizient zu sein. Dies ist zum Teil auf die Fähigkeit des Motors zurückzuführen, die Wärme aus dem Zündprozess in Energie umzuwandeln, die Energie erzeugt. Der typische Benzinmotor eines Automobils arbeitet mit einem Kompressionsverhältnis von nicht mehr als 10:1. Umgekehrt kann der typische Dieselmotor mit einem Kompressionsverhältnis von bis zu 25:1 betrieben werden. Je höher das Verdichtungsverhältnis, desto besser der Gesamtwirkungsgrad des Motors.
Die Sauerstoffmenge, die ein Motor aufnehmen kann, beeinflusst direkt seine Fähigkeit, effizienter zu arbeiten. Dies ist der Grund für die Einführung von Lachgas in das Kraftstoffsystem eines Benzinmotors. Das Lachgas fügt dem Kraftstoff Sauerstoffmoleküle hinzu, wodurch mehr Kraftstoff in der Brennkammer verbrannt werden kann. Dieses Verbrennen des hinzugefügten Kraftstoffs ermöglicht dem Motor einen effizienteren Betrieb.
Der Kraftstofftyp beeinflusst auch direkt die Effizienzbewertung eines Motors. Benzin mit einer höheren Oktanzahl ermöglicht es dem Motor, mit einem höheren Verdichtungsverhältnis zu arbeiten. Dies wiederum führt zu einer höheren Motoreffizienz. Kraftstoffe wie Nitromethan produzieren Sauerstoff und erzeugen dadurch viel mehr Leistung, indem mehr Kraftstoff im Motor verbrannt werden kann.
Manche Motoren sind noch weniger effizient. Der Kolben-Dampf-Motor zum Beispiel arbeitet mit rund 8 Prozent Motorwirkungsgrad. Dies war ein wesentlicher Faktor für den Niedergang der dampfbetriebenen Lokomotive. Dampfturbinen hingegen arbeiten mit Wirkungsgraden, die denen des Dieselmotors entsprechen oder darüber hinausgehen. Aus diesem Grund wird die Dampfturbine für Stromerzeugungsanlagen eingesetzt. Das Gasturbinentriebwerk ist das effizienteste aller Triebwerke, wenn es mit voller Leistung betrieben wird. Sie dienen der Stromerzeugung in Zeiten hoher Nutzung und werden nach Deckung des Mehrbedarfs abgeschaltet.