برای موتورهای هواپیما، اولین نوع مورد استفاده موتور پیستونی بود. اصل کار آن شامل پیستونی است که فشار گازهای احتراق را تحمل می کند و به طور مکرر در داخل یک سیلندر حرکت می کند و این حرکت از طریق یک میله اتصال به چرخش میل لنگ تبدیل می شود. در اوایل قرن بیستم، برادران رایت یک موتور چهار-چهار سیلندر، نصب شده به صورت افقی،-آب خنک کننده را تغییر دادند و با موفقیت از آن در هواپیمای "فلایر I" خود استفاده کردند و آزمایش پرواز آن را به پایان رساندند. این اولین پرواز موفقیت آمیز در تاریخ بشر از یک هواپیمای نیرودار، سرنشین دار، پایدار و قابل استفاده بود.
بعدها، در طول جنگ جهانی دوم، موتورهای پیستونی دستخوش نوآوری های تکنولوژیکی شدند و عملکرد و کارایی عملیاتی را بهینه کردند. توان خروجی از کمتر از 10 کیلو وات به تقریباً 2500 کیلووات افزایش یافت، در حالی که مصرف سوخت از 0.5 کیلوگرم در (کیلووات · ساعت) به تقریباً 0.25 کیلوگرم در (کیلووات · ساعت) کاهش یافت. به طور همزمان، زمان عملیات بهبود یافته از ده ها ساعت سنتی به 2000-3000 ساعت افزایش یافت. در پایان جنگ جهانی دوم، فناوری موتورهای پیستونی بسیار پیچیده شده بود.
یک موتور پیستونی عمدتاً از سیلندرها، پیستون ها، میله های اتصال، میل لنگ، مکانیزم سوپاپ، کاهنده پروانه و یک پوشش تشکیل شده است. سیلندر جایی است که مخلوط سوخت هوا (بنزین و هوا) در آن می سوزد. پیستون در داخل سیلندر رفت و آمد می کند. سر سیلندر مجهز به یک شمع (که معمولاً به عنوان شمع شناخته می شود) برای احتراق مخلوط و همچنین دریچه های ورودی و خروجی است. دمای سیلندر در حین کارکرد موتور بسیار بالا است، بنابراین دیواره بیرونی سیلندر دارای پره های خنک کننده زیادی برای افزایش ناحیه اتلاف حرارت است. سیلندرها معمولاً به شکل شعاعی یا V روی بدنه موتور قرار می گیرند. موتورهای شعاعی معمولی دارای 5، 7، 9، 14، 18 یا 24 سیلندر هستند.
با همان جابجایی سیلندر، هر چه تعداد سیلندر بیشتر باشد، قدرت موتور بیشتر می شود. پیستون در داخل سیلندر تحت فشار گازهای احتراق حرکت رفت و برگشتی را انجام می دهد و این حرکت از طریق شاتون به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می شود. میله اتصال پیستون و میل لنگ را به هم متصل می کند. میل لنگ قطعه ای است که نیروی موتور را تولید می کند. هنگامی که میل لنگ می چرخد، پروانه را از طریق کاهنده به حرکت در می آورد و نیروی رانش ایجاد می کند. علاوه بر این، میل لنگ برخی از لوازم جانبی (مانند انواع پمپ های روغن، ژنراتورها و غیره) را نیز به حرکت در می آورد. مکانیزم سوپاپ برای کنترل زمان باز و بسته شدن دریچه های ورودی و خروجی استفاده می شود.
