गैसोलीन इंजन का कार्य सिद्धांत मुख्य रूप से चार-स्ट्रोक चक्र पर आधारित है, जो सेवन, संपीड़न, दहन (शक्ति) और निकास है। विशिष्ट प्रक्रिया इस प्रकार है:
इनटेक स्ट्रोक। पिस्टन क्रैंकशाफ्ट द्वारा संचालित शीर्ष मृत केंद्र से नीचे मृत केंद्र तक चलता है। इस समय, सेवन वाल्व खुलता है, निकास वाल्व बंद हो जाता है, और ताजा हवा (मुख्य रूप से हवा और गैसोलीन के मिश्रण से बनी) सिलेंडर में चूसी जाती है।
संपीड़न स्ट्रोक। पिस्टन नीचे के मृत केंद्र से ऊपर के मृत केंद्र की ओर बढ़ता है। इस समय, सेवन और निकास वाल्व दोनों बंद हो जाते हैं, सिलेंडर में मिश्रित गैस संपीड़ित होती है, और तापमान और दबाव बढ़ जाता है।
दहन (शक्ति) स्ट्रोक। जब संपीड़न स्ट्रोक शीर्ष मृत केंद्र के करीब होता है, तो स्पार्क प्लग एक विद्युत स्पार्क उत्पन्न करता है, जो संपीड़ित मिश्रित गैस को प्रज्वलित करता है। दहन प्रक्रिया के कारण गैस तेजी से फैलती है, जिससे उच्च तापमान और उच्च दबाव उत्पन्न होता है, जिससे पिस्टन नीचे के मृत केंद्र की ओर चला जाता है।
निकास स्ट्रोक। पिस्टन शीर्ष मृत केंद्र से नीचे मृत केंद्र तक चलता है, निकास वाल्व खुलता है, और निकास गैस पिस्टन द्वारा संचालित सिलेंडर से छुट्टी दे दी जाती है।
इस प्रक्रिया में, क्रैंकशाफ्ट पिस्टन की घूमने वाली गति को घूर्णी गति में परिवर्तित करता है, जिससे कनेक्टिंग रॉड और अन्य संबंधित यांत्रिक कार्य संचालित होते हैं। इसके अलावा, इंजन को घर्षण को कम करने के लिए एक स्नेहन प्रणाली, तापमान को नियंत्रित करने के लिए एक शीतलन प्रणाली और मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए एक प्रज्वलन प्रणाली की भी आवश्यकता होती है।