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燃料是內燃機的動力來源，在內燃機的不同發展階段，所使用的燃料也有不同。
內燃機最早使用的燃料是煤氣，1900年之后，原油中的輕溜分油（汽油）成為商品，出現了將這種油料汽化并與空氣混合的化油器。在1905年之前，為了避免爆燃（由于氣體壓力和溫度過高，在燃燒室內離點燃中心較遠處的末端可燃混合氣自燃而造成的一種不正常的燃燒），壓縮比用得普遍較低，汽油機的性能與供應都存在問題，高揮發性的油料使發動機起動容易，在寒冷地區使用有較好的性能。在1907~1915年，汽油的需求量增加了5倍。
第一次世界大戰以后，隨著對內燃機工業的進一步發展，人們對爆震問題有了進一步的理解，通用汽車公司發明了四乙鉛的抗爆作用，1923年美國便開始將它作為汽油的添加劑。尤金·赫德萊（Eugene Houdry）發明了催化裂化法，這種方法既提高了發動機的動力性能，同時又使汽油的抗爆性能更好，從而使發動機的壓縮比不斷增加。后來他提出了增加缸內壓力的發明專利，也就是后來說的機械增壓。1907年美國賓夕法尼亞的一家工廠試制成功了世界上第一臺增壓發動機。第二次世界大戰后，增壓技術開始在壓燃式發動機中得到廣泛應用，并且逐步擴展到汽油機中。
近30年來，影響發動機設計和運行的主要因素則是控制發動機排放對環境的污染。20世紀40年代，在美國洛杉磯出現了由汽車排放物行成的空氣污染事件后，1952年哈琴·施密特（A.J.Haagen Smit）闡明了光化學煙霧，它是來自日照下氮氧化合物和碳氫化合物的化學反應，而碳氫化合物、氮氧化合物以及一氧化碳主要都來自汽車排氣。柴油機則是微粒和氮氧化合物的主要來源。于是美國在加州建立了世界上首個汽車排放標準。
內燃機和汽車給世界帶來了現代物質文明，在經過了超過一個世紀的發展之后，它的發展遠遠沒有達到其頂點，在動力性、經濟性和排放性上還可以不斷地改善。新材料的出現給內燃機帶來的是進一步輕質量、降低成本和熱損失。目前內燃機主要使用壓縮天然氣（Compressed Natural Gas—CNG）、液化天然氣（Liquified Natural Gas—LNG）、液化石油氣（Liquified Petrol Gas—LPG）以及氫氣等。各種新型模式內燃機都將會有更好的應用和美好的前景。
隨著排放法規及科技的發展，發動機的燃料逐步向可再生、環保、具有較好的經濟性等方面發展。
