Učinkovitost motora odnosi se na sposobnost motora da transformira dostupnu energiju iz svog goriva u korisnu radnu snagu. Suvremeni benzinski motor s unutarnjim izgaranjem radi u prosjeku s otprilike 20 do 30 posto učinkovitosti motora. Preostalih 70 do 80 posto toplinske energije benzina izbacuje se iz motora kao toplina ispušnih plinova, mehanička zvučna energija ili gubitak trenja. U praznom hodu, učinkovitost motora je nula jer motor ne pokreće vozilo i radi samo na dodacima, kao što su pumpa za vodu i generator.
Dizelski motori su malo učinkovitiji. Dizel motor koristi visoku kompresiju za paljenje goriva. Ova viša kompresija kompenzira parazitske gubitke koji oduzimaju toplinu motora i rezultira u otprilike 40 posto učinkovitosti motora od praznog hoda do gotovo 2,000 okretaja u minuti. Ova učinkovitost motora promatrana je samo kod dizel motora s izravnim ubrizgavanjem.
Omjer kompresije motora utječe na njegovu sposobnost da bude učinkovit. To je dijelom posljedica sposobnosti motora da pretvori toplinu iz procesa paljenja u rad koji proizvodi energiju. Tipični benzinski automobilski motor radi s omjerom kompresije ne više od 10:1. Suprotno tome, tipični dizel motor može raditi s omjerom kompresije čak 25:1. Što je veći omjer kompresije, to je bolja ukupna učinkovitost motora.
Količina kisika koju motor može progutati izravno utječe na njegovu sposobnost učinkovitijeg rada. Ovo je razlog za uvođenje dušikovog oksida u sustav goriva benzinskog motora. Dušikov oksid dodaje molekule kisika u gorivo, omogućujući sagorijevanje više goriva u komori za izgaranje. Ovo sagorijevanje dodanog goriva omogućuje motoru učinkovitiji rad.
Vrsta goriva također izravno utječe na ocjenu učinkovitosti motora. Benzin s višim oktanskim brojem omogućit će motoru da radi s većim omjerom kompresije. To zauzvrat stvara veću učinkovitost motora. Goriva kao što je nitrometan proizvode kisik, stvarajući tako mnogo više snage dopuštajući sagorijevanje više goriva unutar motora.
Neki motori su čak i manje učinkoviti. Klipno-parni stroj, na primjer, radi s otprilike 8 posto učinkovitosti motora. To je bio primarni faktor u propasti lokomotive na parni pogon. S druge strane, parne turbine rade na razinama učinkovitosti jednakim ili većim od onih za dizelski motor. Zbog toga se parna turbina koristi za postrojenja za proizvodnju električne energije. Plinskoturbinski motor je najučinkovitiji od svih motora kada radi punom snagom. Koriste se za proizvodnju električne energije tijekom razdoblja velike potrošnje i gase se nakon što se podmiri dodatna potreba.