汽油发动机（GasolineEngine）是以汽油作为燃料，将内能转化成动能的的发动机。由于汽油黏性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上大量使用。按燃料供给方式的不同，汽油机可分为化油器式及喷射式两大类。
在汽缸内，活塞所能达到的位置称为“上止点”，活塞所能达到的位置称为“下止点”。活塞由上止点移到下止点所走的距离为活塞行程。所让出的容积为汽缸工作容积。活塞到达上止点时，活塞顶以上的容积为燃烧室的容积。活塞处于下止点位置时，活塞顶以上的汽缸全部容积为汽缸总容积。压缩比即是指汽缸发动机总容积与燃烧室容积之比。
汽油机若按一个工作循环，活塞运动的行程数可分为二行程发动机和四行程发动机。一个工作循环是指完成一次进气、压缩、膨胀做功和排气的过程。四行程发动机是指活塞需要移动四个行程（即活塞上下往复运动四次），才完成一个工作循环的发动机。大多数汽油机都属于四行程发动机。
①进气。进气阀打开，排气阀关闭，活塞从上止点向下止点移动，活塞上方的容积逐渐增大，汽缸内压力逐渐降至70～90kPa，于是空气经喉管以70～120m/s的高速进入混合室，同时油箱中汽油经浮子室由导管、喷嘴在喉管处与高速空气混合，汽油被喷散成雾状，同时汽化形成可燃性混合气，经进气阀进入汽缸。当活塞运行至下止点时，进气阀关闭。此时混合气温度可达85～130℃。
②压缩。进气终了时，处于下止点的活塞靠飞轮惯性作用转而上行。汽缸中可燃性混合气被压缩，温度、压力随之增高，当活塞接近上止点、压缩过程终了时，气体温度、压力通常可达330～430℃和0．7～1．5MPa。此温度和压力的大小取决于发动机的压缩比。
③燃烧膨胀（做功）。活塞上行接近上止点时，火花塞开始打火，点燃混合气，并以20～50m/s的速度向四周传播燃烧。混合气燃烧产生大量的热能，使汽缸内气体的温度和压力骤增。其温度可达2000～2500℃、压力为3～5MPa，高温高压燃气推动活塞下行，通过连杆带动曲轴旋转对外作功。曲轴连杆机构将燃料燃烧放出的热能转变为机械能，使活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动，再通过飞轮对外输出动力。
④排气。活塞下行到下止点时，活塞靠惯性转而上行，排气阀打开，排出废气。当活塞再次到达上止点时，排气结束，这样完成一个工作循环，继而重复上述工作循环。如此周而复始，循环不息。汽油机都是由多个汽缸按一定顺序组合而连续进行工作的，使不连续的点火燃烧和膨胀作功过程变成连续的、经连杆带动曲轴旋转的过程。
由工作过程可知，汽油在进入汽缸前已经汽化，因此汽油发动机也称为汽化式发动机：因需火花塞点燃，因此又称为点燃式发动机。
近年来，越来越多的汽油机尤其是小型轿车采用喷射进油系统来取代化油器进油系统。在此类汽油机中，汽油可在进气口喷射，也可在进气冲程期间直接向汽缸内喷射。它的优点是可根据不同车况的要求，由计算机程序控制汽油和空气的用量，使之达到比例，燃料的燃烧更为完全，耗油量低，排气污染少。
