内燃机的发明开创了人类利用动力的新纪元。
早期的蒸汽机对人类作出了巨大贡献，但是，它却存在着许多缺点。例如，蒸汽机必须有锅炉，因此它体积庞大，外形笨重，效率低。有没有办法克服蒸汽机的这些缺点呢？
经过分析研究，人们发现，蒸汽机的这些缺点与锅炉和汽缸分离有关，也就是与在汽缸外面的燃烧方式有关，这种燃烧方式称为“外燃”。如果不在蒸汽机内部点火燃烧，蒸汽机的效率就不可能大幅度提高。因此，人们又开始了把锅炉和汽缸合而为一的“内燃机”的研制工作。
1677年，有人做过利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水的实验，也有人设想在汽缸内使火药爆炸，利用它产生的压力来启动活塞，但没有取得成功。1794年，又有人提出了内燃机的研制，但它仍然处在纸上谈“机”的阶段。在以后的一段时间里，有关内燃机的设想很多，但是实际制造出来的却很少。
1820年，有人试图用氢气和空气的混合燃烧来推动活塞；1823年，有人制造了一种用煤气作燃料的内燃机；1824年，法国科学家卡诺在研究热力学时，涉及到了一些内燃机的基本原理，提出了压缩点火的设想……总之，这个时期人们试制出来的内燃机既笨重，效率又底，很不实用。
为什么研制内燃机如此困难呢？原来，当时人们对内燃机工作原理很少进行研究。还没有找到提高效率的有效途径，而且燃料也是一大障碍：用煤吧，它很难在短时间里迅速燃烧，产生推动活塞运动的气体；用煤气吧，它受到的限制更多。一直到石油工业发展以后，内燃机才找到了合适的燃料。
当时，一名法国科学家德罗夏也专心致志于内燃机的研究。“为什么这些方法都不理想？有什么办法能够改进呢？”这个问题始终萦绕在德罗夏的脑海中。
1861年，经过多年的思考，一系列新的设想渐渐地形成了。德罗夏认为：内燃机要取得最高效率，必须满足两个条件，首先，点火前要高压；其次，燃气必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。
对于如何实现这些条件，德罗夏也提出了具体步骤，概括起来就是把活塞运动分作四个冲程：活塞下移，进燃气；活塞上移，压缩燃气；点火，气体迅速燃烧膨胀，活塞下移作功；活塞上移，排出废气。在德罗夏的眼中，活塞就是内燃机的灵魂。
然而，德罗夏毕竟只是一个理论家，虽然他对自己设想的内燃机讲得头头是道，但是，却没有实际制造出内燃机来，他只是借助于别人的实践来构思自己的理论。
1861年的一天，29岁的奥托在翻阅当天的报纸时，被一条有关雷诺发明煤气内燃机的报导深深吸引住了，“这或许是件好买卖呢！如果我能把它造出来，可以赚不少钱哪！”
于是，从这一天起，奥托开始搜集有关内燃机的报道资料。1862年，他偶然读到了德罗夏的设想。
奥托开始了试制四冲程内燃机的工作。
然而，他的工作进展并不顺利，开始设计的内燃机在试验时总是要发生爆震。奥托不得不停下来，重新进行设计。
从1861年至1864年这四年时间里，奥托研制出了压缩式内燃机，并且取得了各国的专利。为了使自己的内燃机实用化，他和一个名叫兰根的朋友合作，于1864年开了一家“奥托公司”，他的内燃机在1867年的巴黎世界博览会上获得了金奖。借此，他又于1872年建立了“德意志煤气内燃机制造厂”，摩托车发明者戴姆拉也加入了这一公司，担任该厂的技术指导。
又经过四五年的努力，奥托终于把德罗夏的设想变成了现实，他研制的四冲程内燃机终于在1876年取得了成功，并在次年取得了专利，同年又在巴黎世界博览会上展出，博得了众口一词的好评。这个以“奥托”命名的煤气内燃机是最早获得成功的内燃机，奥托本人也赢得了内燃机发明人的荣誉。
以后，奥托又研制成了以汽油为燃料的内燃机，体积更小，转速更快。
奥托的内燃机也有不足之处，由于它只有一个汽缸，所以运转极不平稳。以后，英国科学家克拉克进行了一项改进措施，在一台内燃机中装上了两个汽缸，当一个汽缸处于回复阶段时，让另一个汽缸爆燃做功，从而使输出的动力较为均匀。
就在奥托试制成功四冲程内燃机的那一年，另一位德国人狄塞尔刚巧进入慕尼黑工业大学学习。在大学里，由于受导师的启发，他也开始设想研制新型的内燃机。经过五年的试验，狄塞尔终于于1897年制成了世界上第一台实用的压缩点火内燃机，也就是我们通常所称的柴油机。它体积小，所用的柴油价格低，而且柴油内燃机的效率也相当高。狄塞尔对他发明的柴油机感到十分自豪。
1912年，在一艘名叫“塞兰迪亚”号的轮船上安装了两台狄塞尔内燃柴油机，从而开辟了柴油机船的新时代。
内燃机被广泛应用于各个领域，它大大提高了工作的效率，使我们的生活越来越舒适。