根据发动机使用的燃料分类，活塞式内燃机主要分为三类：汽油机、柴油机和气体燃料发动机。以汽油和柴油为燃料的活塞式内燃机分别称为汽油机和柴油机。使用天然气、液化石油气和其他气体燃料的活塞式内燃机称为气体燃料发动机。

根据发动机冷却方式的不同，活塞式内燃机分为水冷式和气冷式。以水或冷却液为冷却介质的水冷式内燃机，以空气为冷却介质的风冷式内燃机。

往复活塞式内燃机也根据活塞在工作循环中往复运动的冲程数来分类。活塞在一个工作循环中往复运动四个冲程的内燃机称为四冲程往复活塞式内燃机，而活塞往复运动两个冲程完成一个工作循环的内燃机称为二冲程往复活塞式内燃机。

根据发动机气缸的数量，它可以分为单缸发动机和多缸发动机。只有一个气缸的发动机称为单缸发动机；超过两个气缸的发动机称为多缸发动机。例如双缸、三缸、四缸、五缸、六缸、八缸、十二缸等。都是多缸发动机。现代车辆发动机多采用四缸、六缸、八缸发动机。

根据内燃机的气缸排列，可分为单排式和双排式。单排发动机的每个气缸都是排成一排的，一般是垂直排列，但为了降低高度，有时气缸也会斜排甚至水平排列；双排发动机将气缸排列成两排，两排之间的夹角为180(一般为90)，称为V型发动机。如果两排之间的角度为180，则称为对置发动机。

根据进气状态对发动机进行分类。活塞式内燃机也可以分为增压式和非增压式。如果进气口靠近大气，则为非增压内燃机或自然吸气内燃机；如果用增压器提高进气压力，增加进气密度，就是增压内燃机。增压可以提高内燃机的功率。

目前使用最广泛、数量最多的汽车发动机是水冷四冲程往复活塞式内燃机，其中汽油发动机用于汽车和轻型卡车，客车和中重型卡车多为柴油发动机。柴油发动机也用于一些汽车和轻型货车。以风冷或二冲程活塞内燃机为动力的汽车很少。特别是80年代以来，在世界范围内，再也没有二冲程活塞内燃机驱动的汽车了。