Il ciclo è detto a 4 tempi in quanto semplicemente si dice che è realizzato dalla successione di aspirazione, compressione, scoppio- espansione e scarico; in realtà le fasi, sia del ciclo Otto che del ciclo Diesel, sono sei, come di seguito descritto.

Fase 1-2.- Apertura istantanea della valvola di aspirazione nel punto 1, il pistone si sposta dal PMS al PMI a pressione costante (a pressione atmosferica se il motore è aspirato, a pressione superiore se il motore è turbocompresso) aspirando la miscela aria + combustibile nei motori a carburazione. Quando il pistone raggiunge il punto 2 si ha la chiusura istantanea della valvola di aspirazione.

Fase 2-3.- Il pistone risale verso il PMS comprimendo adiabaticamente (senza scambio di calore con l’esterno del cilindro) la miscela che per questo subisce un aumento di pressione e temperatura.

Fase 3-4.- Quando il pistone raggiunge il punto 3 la scintilla elettrica provoca l’accensione della miscela. La combustione è istantanea per cui la trasformazione è a volume costante con conseguente notevole aumento di pressione e temperatura fino a raggiungere il punto 4.

Fase 4-5.- L’elevata pressione spinge il pistone violentemente verso il PMI per cui i gas della combustione si espandono adiabaticamente sviluppando energia. È l’unica fase attiva del ciclo, in quanto si sviluppa un lavoro positivo.

Fase 5-6.- Nel punto 5 si ha l’apertura istantanea della valvola di scarico per cui i gas subiscono una rapida caduta di pressione fino al valore iniziale, corrispondente al punto 6. Questa fase è anche detta di scarico spontaneo.

Fase 6-7.- Il pistone ritorna infine verso il PMS effettuando lo scarico forzato dei gas a pressione costante. Quando il pistone arriva al punto 7, che coincide con il punto 1 di partenza, si chiude istantaneamente la valvola di scarico.

Il ciclo si è così completato in 2 giri dell’albero motore.