La eficiencia del motor se refiere a la capacidad del motor para transformar la energía disponible de su combustible en potencia de trabajo útil. El moderno motor de combustión de gasolina funciona a un promedio de aproximadamente 20 a 30 por ciento de eficiencia del motor. El 70 a 80 por ciento restante de la energía térmica de la gasolina se expulsa del motor como calor de escape, energía acústica mecánica o pérdida por fricción. En ralentí, la eficiencia del motor es cero ya que el motor no está moviendo el vehículo y solo está operando accesorios, como la bomba de agua y el generador.
Los motores diesel son un poco más eficientes. El motor diesel utiliza alta compresión para encender su combustible. Esta mayor compresión compensa la pérdida de parásitos que roba el calor del motor y da como resultado una eficiencia del motor de aproximadamente el 40 por ciento de ralentí a casi 2.000 revoluciones por minuto. Esta eficiencia del motor solo se observa en los motores diesel de inyección directa.
La relación de compresión de un motor afectará su capacidad de ser eficiente. Esto se debe, en parte, a la capacidad del motor para convertir el calor del proceso de ignición en trabajo que produce energía. El motor típico de un automóvil a gasolina funciona con una relación de compresión de no más de 10: 1. Por el contrario, el motor diesel típico puede funcionar con una relación de compresión de hasta 25: 1. Cuanto mayor sea la relación de compresión, mejor será la eficiencia general del motor.
La cantidad de oxígeno que un motor puede absorber afecta directamente su capacidad de operar de manera más eficiente. Este es el razonamiento para introducir óxido nitroso en el sistema de combustible de un motor de gasolina. El óxido nitroso agrega moléculas de oxígeno al combustible, lo que permite quemar más combustible en la cámara de combustión. Esta quema del combustible agregado permite que el motor funcione de manera más eficiente.
El tipo de combustible también afecta directamente la calificación de eficiencia de un motor. La gasolina con una clasificación de octanaje más alta permitirá que el motor funcione con una relación de compresión más alta. Esto a su vez crea una mayor eficiencia del motor. Los combustibles como el nitrometano producen oxígeno, creando así mucha más potencia al permitir que se queme más combustible dentro del motor.
Algunos motores son incluso menos eficientes. El motor de vapor de pistón, por ejemplo, funciona con una eficiencia del motor de aproximadamente el 8 por ciento. Este fue un factor principal en la desaparición de la locomotora de vapor. Las turbinas de vapor, por otro lado, funcionan a niveles de eficiencia iguales o superiores a los del motor diesel. Es por eso que la turbina de vapor se usa para plantas generadoras eléctricas. El motor de turbina de gas es el más eficiente de todos los motores cuando funciona a plena potencia. Se utilizan para producir electricidad durante los períodos de alto uso y se apagan después de que se haya satisfecho la necesidad adicional.