Động cơ đốt trong (ICE) là động cơ nhiệt trong đó quá trình đốt cháy nhiên liệu xảy ra với chất ôxy hóa (thường là không khí) trong buồng đốt là một phần không thể thiếu của mạch chất lỏng làm việc. Trong động cơ đốt trong, sự giãn nở của các khí có nhiệt độ cao và áp suất cao do quá trình đốt cháy tạo ra sẽ tác dụng lực trực tiếp lên một số thành phần của động cơ. Lực thường được áp dụng cho các piston, cánh tua bin, rôto hoặc vòi phun. Lực này di chuyển thành phần trên một khoảng cách, biến đổi năng lượng hóa học thành cơ năng hữu ích.
Động cơ đốt trong thành công về mặt thương mại đầu tiên được tạo ra bởi Étienne Lenoir và động cơ đốt trong hiện đại đầu tiên được tạo ra bởi Nikolaus Otto (xem động cơ Otto).
Thuật ngữ động cơ đốt trong thường dùng để chỉ động cơ đốt cháy không liên tục, chẳng hạn như động cơ piston bốn thì và hai thì quen thuộc hơn, cùng với các biến thể, chẳng hạn như động cơ piston sáu thì và động cơ quay Wankel. Loại động cơ đốt trong thứ hai sử dụng quá trình đốt cháy liên tục: tuabin khí, động cơ phản lực và hầu hết các động cơ tên lửa, mỗi loại đều là động cơ đốt trong theo nguyên lý như đã mô tả trước đây. Súng cũng là một dạng của động cơ đốt trong.
Ngược lại, trong động cơ đốt ngoài, chẳng hạn như động cơ hơi nước hoặc động cơ Stirling, năng lượng được truyền đến chất lỏng hoạt động không chứa, trộn lẫn hoặc bị ô nhiễm bởi các sản phẩm cháy. Chất lỏng làm việc có thể là không khí, nước nóng, nước có áp suất hoặc thậm chí là natri lỏng, được đun nóng trong lò hơi. ICE thường được cung cấp bởi các nhiên liệu đậm đặc năng lượng như xăng hoặc dầu diesel, chất lỏng có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch. Trong khi có nhiều ứng dụng tĩnh, hầu hết ICE được sử dụng trong các ứng dụng di động và là nguồn cung cấp năng lượng chính cho các phương tiện như ô tô, máy bay và tàu thuyền.
Thông thường, ICE được cung cấp nhiên liệu hóa thạch như khí đốt tự nhiên hoặc các sản phẩm dầu mỏ như xăng, nhiên liệu điêzen hoặc dầu nhiên liệu. Ngày càng có nhiều việc sử dụng nhiên liệu tái tạo như diesel sinh học cho động cơ đánh lửa nén và cồn sinh học hoặc metanol cho động cơ đánh lửa bằng tia lửa. Hydro đôi khi được sử dụng và có thể được lấy từ nhiên liệu hóa thạch hoặc năng lượng tái tạo.