Un motor alternativo utiliza pistones para convertir la energía química en movimiento mecánico. Lo hace quemando un combustible y luego dirigiendo el gas caliente para que empuje un pistón. El pistón está conectado de tal manera que comenzará a girar un cigüeñal circular; cuando el pistón haya alcanzado el final de su carrera, volverá a su posición original sin traer el cigüeñal de regreso. Históricamente, los tipos más comunes de motores alternativos han sido el motor de vapor y el motor de combustión interna. La cantidad de potencia que entrega un motor alternativo está vinculada al volumen interno total de sus cilindros.
El primer ejemplo de un motor alternativo que se usó ampliamente fue la máquina de vapor. A principios del siglo XIX, los ingenieros británicos desarrollaron diseños de máquinas de vapor que proporcionaban suficiente potencia para competir con las ruedas hidráulicas. Este poder podría usarse para una variedad de propósitos lejos de los ríos: las máquinas de vapor pronto llegaron a las fábricas, locomotoras ferroviarias y barcos y fueron una fuerza impulsora detrás de la Primera Revolución Industrial.
En estas máquinas de vapor, se quema carbón para suministrar el calor para hervir agua. El vapor de alta presión resultante se canaliza a un cilindro con un pistón. El pistón se empuja hasta el final del cilindro, girando el cigüeñal a través de una biela. En este punto, una válvula dirige el vapor lejos del cilindro para que ya no actúe sobre el pistón. Ahora que el cigüeñal se está moviendo, su impulso puede arrastrar el pistón a su posición original, y el ciclo puede comenzar de nuevo.
Otro tipo de motor alternativo es el motor de combustión interna. Un motor de combustión interna obtiene su calor de un combustible químico, como la gasolina, que se quema dentro de sus cilindros. Las válvulas de admisión permiten que el aire fluya antes de que el combustible se queme. Del mismo modo, las válvulas de escape permiten que los gases salgan del motor después de que haya tenido lugar la combustión. Los carburadores o, cada vez más, los inyectores de combustible, permiten la mezcla adecuada de combustible y aire para una combustión ideal.
En un motor de combustión interna, los pistones están conectados mecánicamente a un cigüeñal; si un pistón se mueve, todos los demás pistones deben moverse con él. Sin embargo, sus posiciones están escalonadas de modo que mientras un pistón está en combustión, otro puede estar agotando gases. Esta configuración conduce a un motor alternativo menos desigual, porque la energía se produce en más de una parte del ciclo completo. En los automóviles, los motores de combustión interna suelen tener entre cuatro y ocho cilindros.