四缸發動機的工作原理是將燃料的化學能轉化為機械能。其主要通過進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程來實現。

進氣沖程時，活塞從上止點向下移動，氣缸內體積增大產生負壓，空氣與燃料混合物經進氣門被吸入氣缸。

壓縮沖程中，進氣門關閉，活塞向上移動壓縮混合氣體，使其溫度和壓力升高，為點火做準備。

做功沖程里，活塞接近上止點時火花塞點火，點燃混合氣體產生高溫高壓氣體推動活塞向下，通過連桿將直線運動轉化為曲軸的旋轉運動輸出動力。

排氣沖程中，做功結束后排氣門打開，活塞向上移動排出燃燒后的廢氣，為下一次進氣做準備。

四缸發動機的四個氣缸按一定順序工作，常見點火順序有 1-3-4-2 或 1-2-4-3 等。比如在 1-3-4-2 的點火順序中，1 缸進氣時，3 缸壓縮，4 缸做功，2 缸排氣。

單缸發動機轉速不均、工作不穩且振動大，而多缸發動機能彌補這些不足，現代汽車常用四缸、六缸和八缸發動機