自从18世纪瓦特完善蒸汽机发明以后，在整整1个世纪的时间里，蒸汽机几乎成了唯一的动力，达到了它的鼎盛时期，同时也暴露了许多一系列固有的不足。主要是它在工作过程中损失了大量的热能，虽然完善，效率仍不很高。而且蒸汽机结构笨重，体积庞大，操作不方便，运行也不够安全。它的巨大的锅炉预热需要很长时间，要烧两个多小时才能给出足够的蒸汽并开始启动。而且锅炉蓄藏的热量很大，容易发生爆炸。这种缺点使蒸汽机不能适应资本主义大工业的发展，不能满足当时交通运输的需要。特别是一些中小企业，因为买不起昂贵复杂的蒸汽机而面临破产危机。正是在这样的条件下，已经有很多人在研究和制造比蒸汽机性能更优越的新型动力机。
许多发明家工程师都在从事这项工作。首先是法国工程师里诺在1860年研制成功了第一台实用的二冲程煤气内燃机，从外部看好像是一部卧式蒸汽机，也有活塞连杆和飞轮，运转方式却不同。它是靠吸入煤气和空气的混合物后，在汽缸里点火燃烧发生膨胀而做功的，其效率也只有4%。法国另一位工程师德罗沙在对此进行理论分析后，于1862年提出了等容燃烧的四冲程内燃机的工作原理。1876年，德国工程师奥托终于研制成功了第一台四冲程活塞式内燃机。该机结构小巧，运转平稳，热效率高达14%，取得了内燃机技术的第一次突破。此后，许多发明家又进行新的研究。里诺和奥托的内燃机是以煤气做燃料，煤气热量很低，需要庞大的煤气发生炉和管道供应系统，体积大，燃料系统成了大包袱。19世纪末，石油成为新能源。德国工程师戴姆勒适应这种发展趋势，根据煤气机的缺点，在1883年制出了第一台现代四冲程往复式汽油机，其特点是马力大、体积小、重量轻，特别适用于交通工具。1885年，戴姆勒和德国工程师本茨制造成功了最早可供实际使用的汽车。
另一位德国工程师狄塞尔于1887年又设计制成了第一部以柴油为动力的内燃机，其功率为20马力，比汽油机大，热效率高达30%左右。这是内燃机在技术上的第二次突破。以柴油代替汽油，成为后来工业上主要的动力机。进入20世纪后，狄塞尔的内燃机逐渐被世界公认，各国都开始制造这种发动机，特别是英国，大量制造这种新式发动机。1903年，法国第一个将狄塞尔发动机作为船舶动力，1908年，俄国彼得堡第一个将狄塞尔发动机用于潜水艇。直到今天，这种发动机仍被广泛采用。
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