Căn cứ vào vị trí đốt nhiên liệu, người ta phân chia động cơ nhiệt thành hai: động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Ở động cơ đốt trong nhiên liệu được đốt cháy bên trong không gian công tác động cơ. Ở động cơ đốt ngoài nhiên liệu được đốt cháy trong lò đốt riêng biệt để cấp nhiệt cho môi chất công tác (MCCT), sau đó MCCT được dẫn vào không gian công tác của động cơ, tại đó MCCT dãn nở để chuyển hóa nhiệt năng thành cơ năng.
Theo cách phân loại như trên thì các loại động cơ có tên thường gọi như: động cơ xăng, động cơ diesel, động cơ piston quay, động cơ piston tự do, động cơ phản lực, tuabine khí đều có thể xếp vào nhóm động cơ đốt trong; còn động cơ hơi nước kiểu piston, động cơ Stirling, tuabine hơi nước thuộc nhóm động cơ đốt ngoài. Tuy nhiên theo quy ước, thuật ngữ “động cơ đốt trong” (Internal Combustion Engine) thường được dùng chỉ loại động cơ có cơ cấu truyền lực kiểu piston – thanh truyền – trục khuỷu, trong đó piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xylanh động cơ. Các loại động cơ khác thường được gọi bằng các tên riêng.
