內燃機的發明開創了人類利用動力的新紀元。
早期的蒸汽機對人類作出了巨大貢獻，但是，它卻存在著許多缺點。例如，蒸汽機必須有鍋爐，因此它體積龐大，外形笨重，效率低。有沒有辦法克服蒸汽機的這些缺點呢？
經過分析研究，人們發現，蒸汽機的這些缺點與鍋爐和汽缸分離有關，也就是與在汽缸外麵的燃燒方式有關，這種燃燒方式稱為“外燃”。如果不在蒸汽機內部點火燃燒，蒸汽機的效率就不可能大幅度提高。因此，人們又開始了把鍋爐和汽缸合而為一的“內燃機”的研製工作。
1677年，有人做過利用燃燒煙氣冷卻後產生的真空來抽水的實驗，也有人設想在汽缸內使火藥爆炸，利用它產生的壓力來啟動活塞，但沒有取得成功。1794年，又有人提出了內燃機的研製，但它仍然處在紙上談“機”的階段。在以後的一段時間裏，有關內燃機的設想很多，但是實際製造出來的卻很少。
1820年，有人試圖用氫氣和空氣的混合燃燒來推動活塞；1823年，有人製造了一種用煤氣作燃料的內燃機；1824年，法國科學家卡諾在研究熱力學時，涉及到了一些內燃機的基本原理，提出了壓縮點火的設想……總之，這個時期人們試製出來的內燃機既笨重，效率又底，很不實用。
為什麼研製內燃機如此困難呢？原來，當時人們對內燃機工作原理很少進行研究。還沒有找到提高效率的有效途徑，而且燃料也是一大障礙：用煤吧，它很難在短時間裏迅速燃燒，產生推動活塞運動的氣體；用煤氣吧，它受到的限製更多。一直到石油工業發展以後，內燃機才找到了合適的燃料。
當時，一名法國科學家德羅夏也專心致誌於內燃機的研究。“為什麼這些方法都不理想？有什麼辦法能夠改進呢？”這個問題始終縈繞在德羅夏的腦海中。
1861年，經過多年的思考，一係列新的設想漸漸地形成了。德羅夏認為：內燃機要取得最高效率，必須滿足兩個條件，首先，點火前要高壓；其次，燃氣必須迅速膨脹，達到最大膨脹比。
對於如何實現這些條件，德羅夏也提出了具體步驟，概括起來就是把活塞運動分作四個衝程：活塞下移，進燃氣；活塞上移，壓縮燃氣；點火，氣體迅速燃燒膨脹，活塞下移作功；活塞上移，排出廢氣。在德羅夏的眼中，活塞就是內燃機的靈魂。
然而，德羅夏畢竟隻是一個理論家，雖然他對自己設想的內燃機講得頭頭是道，但是，卻沒有實際製造出內燃機來，他隻是借助於別人的實踐來構思自己的理論。
1861年的一天，29歲的奧托在翻閱當天的報紙時，被一條有關雷諾發明煤氣內燃機的報導深深吸引住了，“這或許是件好買賣呢！如果我能把它造出來，可以賺不少錢哪！”
於是，從這一天起，奧托開始搜集有關內燃機的報道資料。1862年，他偶然讀到了德羅夏的設想。
奧托開始了試製四衝程內燃機的工作。
然而，他的工作進展並不順利，開始設計的內燃機在試驗時總是要發生爆震。奧托不得不停下來，重新進行設計。
從1861年至1864年這四年時間裏，奧托研製出了壓縮式內燃機，並且取得了各國的專利。為了使自己的內燃機實用化，他和一個名叫蘭根的朋友合作，於1864年開了一家“奧托公司”，他的內燃機在1867年的巴黎世界博覽會上獲得了金獎。借此，他又於1872年建立了“德意誌煤氣內燃機製造廠”，摩托車發明者戴姆拉也加入了這一公司，擔任該廠的技術指導。
又經過四五年的努力，奧托終於把德羅夏的設想變成了現實，他研製的四衝程內燃機終於在1876年取得了成功，並在次年取得了專利，同年又在巴黎世界博覽會上展出，博得了眾口一詞的好評。這個以“奧托”命名的煤氣內燃機是最早獲得成功的內燃機，奧托本人也贏得了內燃機發明人的榮譽。
以後，奧托又研製成了以汽油為燃料的內燃機，體積更小，轉速更快。
奧托的內燃機也有不足之處，由於它隻有一個汽缸，所以運轉極不平穩。以後，英國科學家克拉克進行了一項改進措施，在一台內燃機中裝上了兩個汽缸，當一個汽缸處於回複階段時，讓另一個汽缸爆燃做功，從而使輸出的動力較為均勻。
就在奧托試製成功四衝程內燃機的那一年，另一位德國人狄塞爾剛巧進入慕尼黑工業大學學習。在大學裏，由於受導師的啟發，他也開始設想研製新型的內燃機。經過五年的試驗，狄塞爾終於於1897年製成了世界上第一台實用的壓縮點火內燃機，也就是我們通常所稱的柴油機。它體積小，所用的柴油價格低，而且柴油內燃機的效率也相當高。狄塞爾對他發明的柴油機感到十分自豪。
1912年，在一艘名叫“塞蘭迪亞”號的輪船上安裝了兩台狄塞爾內燃柴油機，從而開辟了柴油機船的新時代。
內燃機被廣泛應用於各個領域，它大大提高了工作的效率，使我們的生活越來越舒適。