四沖程汽油機的工作原理是通過進氣、壓縮、做功、排氣這四個沖程完成一個工作循環。

進氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞從上止點移動到下止點。此時，由于氣缸容積增大產生真空，在真空吸力作用下，燃油和空氣的混合氣被吸入氣缸。實際中，汽油機的進氣門在活塞到達上止點前開啟，在下止點后關閉，以吸入更多可燃混合氣。

壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞從下止點移動到上止點，對氣缸內的可燃混合氣進行壓縮。壓縮會使混合氣的溫度和壓力升高，臨近上止點前，壓力可達 0.6 - 1.2MPa，溫度可達 330 - 430℃。但要注意，壓縮比不能太高，否則容易引起爆燃，損害發動機。

做功沖程：進氣門和排氣門保持關閉，當活塞接近壓縮沖程的上止點時，火花塞產生電火花點燃可燃混合氣。混合氣燃燒后釋放大量熱量，使氣缸內氣體的溫度和壓力急劇上升，最高壓力可達 3 - 5MPa，最高溫度可達 2200 - 2800℃。高溫高壓氣體膨脹推動活塞從上止點運動到下止點，通過連桿轉動曲軸輸出機械功。

排氣沖程：做功沖程結束后，排氣門打開，進氣門關閉，活塞從下止點移動到上止點。由于氣缸內壓力高于大氣壓力，高溫廢氣迅速排出，之后進入強制排氣階段，將廢氣盡量排出。但由于燃燒室有一定容積，無法完全排凈廢氣，會有殘余廢氣。

在這個工作循環中，活塞上下往復運動四個沖程，對應的曲軸旋轉兩周。一個接一個的工作循環使發動機保持運轉。