主要組成
主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺鏇槳減速器、機匣等組成。
氣缸是混合氣（汽油和空氣）進行燃燒的地方。氣缸內容納活塞作往復運動。氣缸頭上裝有點燃混合氣的電火花塞（俗稱電嘴），以及進、排氣門。發動機工作時氣缸溫度很高，所以氣缸外壁上有許多散熱片，用以擴大散熱面積。氣缸在發動機殼體（機匣）上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發動機有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數目越多發動機功率越大。活塞承受燃氣壓力在氣缸內作往復運動，並通過連桿將這種運動轉變成曲軸的鏇轉運動。連桿用來連線活塞和曲軸。 曲軸是發動機輸出功率的部件。曲軸轉動時，通過減速器帶動螺鏇槳轉動而產生拉力。除此而外，曲軸還要帶動一些附屬檔案（如各種油泵、發電機等）。氣門機構用來控制進氣門、排氣門定時打開和關閉。
工作原理
活塞頂部在曲軸鏇轉中心最遠的位置叫上死點、最近的位置叫下死點、從上死點到下死點的距離叫活塞衝程。活塞式航空發動機大多是四衝程發動機，即一個氣缸完成一個工作循環，活塞在氣缸內要經過四個衝程，依次是進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程和排氣衝程。
發動機開始工作時，首先進入“進氣衝程”，氣缸頭上的進氣門打開，排氣門關閉，活塞從上死點向下滑動到下死點為止，氣缸內的容積逐漸增大，氣壓降低——低於外面的大氣壓。於是新鮮的汽油和空氣的混合氣體，通過打開的進氣門被吸入氣缸內。混合氣體中汽油和空氣的比例，一般是1/15即燃燒一公斤的汽油需要15公斤的空氣。
進氣衝程完畢後，開始了第二衝程，即“壓縮衝程”。這時曲軸靠慣性作用繼續鏇轉，把活塞由下死點向上推動。這時進氣門也同排氣門一樣嚴密關閉。氣缸內容積逐漸減少，混合氣體受到活塞的強烈壓縮。當活塞運動到上死點時，混合氣體被壓縮在上死點和氣缸頭之間的小空間內。這個小空間叫作“燃燒室”。這時混合氣體的壓強加到十個大氣壓。溫度也增加到攝氏400度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時產生的熱量，使限制在燃燒室這個小小空間里的混合氣體的壓強大大提高，以便增加它燃燒後的做功能力。
當活塞處於下死點時，氣缸內的容積最大，在上死點時容積最小（後者也是燃燒室的容積）。混合氣體被壓縮的程度，可以用這兩個容積的比值來衡量。這個比值叫“壓縮比”。活塞航空發動機的壓縮比大約是5到8，壓縮比越大，氣體被壓縮得越厲害，發動機產生的功率也就越大。
壓縮衝程之後是“工作衝程”，也是第三個衝程。在壓縮衝程快結束，活塞接近上死點時，氣缸頭上的火花塞通過高壓電產生了電火花，將混合氣體點燃，燃燒時間很短，大約0.015秒；但是速度很快，大約達到每秒30米。氣體猛烈膨脹，壓強急劇增高，可達60到75個大氣壓，燃燒氣體的溫度到攝氏2000到2500度。燃燒時，局部溫度可能達到三、四千度，燃氣加到活塞上的衝擊力可達15噸。活塞在燃氣的強大壓力作用下，向下死點迅速運動，推動連桿葉門下跑，連桿便帶動曲軸轉起來了。
這個衝程是使發動機能夠工作而獲得動力的唯一衝程。其餘三個衝程都是為這個衝程作準備的。
第四個衝程是“排氣衝程”。工作衝程結束後，由於慣性，曲軸繼續鏇轉，使活塞由下死點向上運動。這時進氣門仍舊關閉，而排氣門大開，燃燒後的廢氣便通過排氣門向外排出。 當活塞到達上死點時，絕大部分的廢氣已被排出。然後排氣門關閉，進氣門打開，活塞又由上死點下行，開始了新的一次循環。
從進氣衝程吸入新鮮混合氣體起，到排氣衝程排出廢氣止，汽油的熱能通過燃燒轉化為推動活塞運動的機械能，帶動螺鏇槳鏇轉而作功，這一總的過程叫做一個“循環”。這是一 種周而復始的運動。由於其中包含著熱能到機械能的轉化，所以又叫做“熱循環”。
活塞航空發動機要完成四衝程工作，除了上述氣缸、活塞、聯桿、曲軸等構件外，還需要一些其他必要的裝置和構件。
