Admission :
La soupape d'admission s'ouvre et la rotation du volant entraîne avec la bielle l'abaissement du piston. La dépression produite aspire dans le cylindre le mélange air-essence (dosé par le carburateur) jusqu'à ce que le piston atteigne le point mort bas. La soupape d'admission est alors fermée.
L'étanchéité piston-cylindre est assurée par des segments.
Compression :
Pendant cette phase, la rotation du volant fait remonter le piston dans le cylindre jusqu'au point mort haut.
Cette compression échauffe le mélange.
Explosion et détente :
La bougie d'allumage crée alors une étincelle. Comme la pression dans la chambre de combustion est élevée, il est nécessaire que la différence de potentiel entre les deux électrodes de la bougie soit élevée pour que l'étincelle se produise. Après l'explosion, le gaz se détend.
C'est le seul temps moteur du cycle. (1/2 tour moteur tous les 2 tours du volant).
Échappement :
La soupape d'échappement s'ouvre. La rotation du volant entraîne la remontée du piston, ce qui chasse les gaz brûlés vers l'extérieur.
Dans un moteur multi-cylindres, le volant est relié à un vilebrequin qui assure le synchronisme du fonctionnement des pistons des différents cylindres.

Les soupapes sont commandées par des cames entraînées par le volant. Pour améliorer le fonctionnement du moteur, l'allumage, l'ouverture et la fermeture des soupapes sont en réalité décalés par rapport à cette description de principe.
Le cycle complet nécessitant deux tours du volant pour un seul tour des cames, l'arbre à cames tourne deux fois moins vite que le volant.
Les formes réelles de la chambre de combustion, du piston et des soupapes diffèrent notablement de notre représentation simplifiée.
Les soupapes latérales plus facile à usiner (et aussi à dessiner dans notre cas) ne sont plus utilisées depuis longtemps car elles présentent l'inconvénient majeur d'augmenter le volume de la chambre de combustion au point mort haut et ainsi de limiter le taux de compression.