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燃料是内燃机的动力来源，在内燃机的不同发展阶段，所使用的燃料也有不同。
内燃机最早使用的燃料是煤气，1900年之后，原油中的轻溜分油（汽油）成为商品，出现了将这种油料汽化并与空气混合的化油器。在1905年之前，为了避免爆燃（由于气体压力和温度过高，在燃烧室内离点燃中心较远处的末端可燃混合气自燃而造成的一种不正常的燃烧），压缩比用得普遍较低，汽油机的性能与供应都存在问题，高挥发性的油料使发动机起动容易，在寒冷地区使用有较好的性能。在1907~1915年，汽油的需求量增加了5倍。
第一次世界大战以后，随着对内燃机工业的进一步发展，人们对爆震问题有了进一步的理解，通用汽车公司发明了四乙铅的抗爆作用，1923年美国便开始将它作为汽油的添加剂。尤金·赫德莱（Eugene Houdry）发明了催化裂化法，这种方法既提高了发动机的动力性能，同时又使汽油的抗爆性能更好，从而使发动机的压缩比不断增加。后来他提出了增加缸内压力的发明专利，也就是后来说的机械增压。1907年美国宾夕法尼亚的一家工厂试制成功了世界上第一台增压发动机。第二次世界大战后，增压技术开始在压燃式发动机中得到广泛应用，并且逐步扩展到汽油机中。
近30年来，影响发动机设计和运行的主要因素则是控制发动机排放对环境的污染。20世纪40年代，在美国洛杉矶出现了由汽车排放物行成的空气污染事件后，1952年哈琴·施密特（A.J.Haagen Smit）阐明了光化学烟雾，它是来自日照下氮氧化合物和碳氢化合物的化学反应，而碳氢化合物、氮氧化合物以及一氧化碳主要都来自汽车排气。柴油机则是微粒和氮氧化合物的主要来源。于是美国在加州建立了世界上首个汽车排放标准。
内燃机和汽车给世界带来了现代物质文明，在经过了超过一个世纪的发展之后，它的发展远远没有达到其顶点，在动力性、经济性和排放性上还可以不断地改善。新材料的出现给内燃机带来的是进一步轻质量、降低成本和热损失。目前内燃机主要使用压缩天然气（Compressed Natural Gas—CNG）、液化天然气（Liquified Natural Gas—LNG）、液化石油气（Liquified Petrol Gas—LPG）以及氢气等。各种新型模式内燃机都将会有更好的应用和美好的前景。
随着排放法规及科技的发展，发动机的燃料逐步向可再生、环保、具有较好的经济性等方面发展。
