Um motor alternativo usa pistões para converter energia química em movimento mecânico. Ele faz isso queimando um combustível e, em seguida, direcionando o gás quente para que ele empurre um pistão. O pistão é conectado de maneira que começa a girar um virabrequim circular; quando o pistão atinge o final de seu curso, ele retorna à sua posição original sem trazer o virabrequim de volta com ele. Historicamente, os tipos mais comuns de motores alternativos são o motor a vapor e o motor de combustão interna. A quantidade de potência que um motor alternativo fornece está ligada ao volume interno total de seus cilindros.
O primeiro exemplo de motor alternativo a ser amplamente utilizado foi o motor a vapor. No início do século 19, os engenheiros britânicos desenvolveram projetos de motores a vapor que forneciam energia suficiente para competir com as rodas d’água. Essa energia poderia ser usada para uma variedade de propósitos longe dos rios – as locomotivas a vapor logo chegaram a fábricas, locomotivas ferroviárias e navios e foram a força motriz por trás da Primeira Revolução Industrial.
Nessas máquinas a vapor, o carvão é queimado para fornecer o calor para ferver a água. O vapor de alta pressão resultante é então canalizado para um cilindro com um pistão nele. O pistão é empurrado para o final do cilindro, girando um virabrequim por meio de uma biela. Nesse ponto, uma válvula direciona o vapor para longe do cilindro para que ele não atue mais no pistão. Agora que o virabrequim está se movendo, seu impulso pode arrastar o pistão de volta à sua posição original e o ciclo pode começar tudo de novo.
Outro tipo de motor alternativo é o motor de combustão interna. Um motor de combustão interna obtém seu calor de um combustível químico, como a gasolina, que é queimado dentro de seus cilindros. As válvulas de admissão permitem que o ar entre antes que o combustível seja queimado. Da mesma forma, as válvulas de escape permitem que os gases saiam do motor após a combustão. Carburadores ou, cada vez mais, injetores de combustível, permitem a mistura adequada de combustível e ar para uma combustão ideal.
Em um motor de combustão interna, os pistões são mecanicamente conectados a um virabrequim – se um pistão se move, todos os outros devem se mover com ele. Suas posições, entretanto, são escalonadas de forma que enquanto um pistão está em combustão, outro pode estar exaurindo os gases. Essa configuração leva a um motor alternativo menos espasmódico, porque a potência está sendo produzida em mais de uma parte do ciclo completo. Nos automóveis, os motores de combustão interna costumam ter entre quatro e oito cilindros.