現代汽車以及工業用途的（汽車、卡車、發電機）內燃機中大多都是四沖程循環的。因是尼古拉斯middot;奧托於1876年發明的，所以又叫奧托循環。汪克爾發動機有四個類似的周期，不過沒有用到沖程。一個周期由四個沖程構成，或者活塞在氣缸中單方向的直線運動:
1.進氣（吸氣）沖程
2.壓縮沖程
3.做功（點火）沖程
4.排氣沖程
循環是在上止點開始的，即活塞處在其最上方位置。當活塞在其第一次向下運動的過程（進氣沖程）中，燃料與空氣的混合體通過一個或者多個氣門註入氣缸。進氣門關閉，緊接著的壓縮沖程壓縮這種混合氣體（壓縮沖程）。
於是混合氣體在接近壓縮沖程頂點時被火花塞點燃。燃燒空氣爆炸所產生的推力迫使活塞向下做第三次運動（做功沖程）。第四次也就是最後一次沖程是排氣沖程，燃燒過的氣體通過排氣門排出氣缸。
通俗地講凸輪軸就是一個帶有幾個叫做凸輪的橢圓形突出體的圓柱，通過它的運動帶動氣門的運動。凸輪軸旋轉時，凸輪推動氣門（通常是通過叫做挺桿的中間部件）使之在相應的時間打開。氣門是用彈簧頂住的，當凸輪的突起不是正對著氣門時它是關閉著的。每個循環一個氣門隻打開一次，也就是，曲軸旋轉兩周凸輪軸轉一周。上面圖示是雙頂置式凸輪軸發動機。
四沖程發動機比兩沖程的效率要高很多。不過需要相當多的可移動零件以及更高的制造技術。