Một dòng nguyên mẫu động cơ đốt trong kiểu piston đặc biệt đã được phát triển trong nhiều thập kỷ với mục tiêu cải thiện hiệu quả bằng cách giảm tổn thất nhiệt.[152] Những động cơ này được gọi là động cơ đoạn nhiệt do sự giản nở đoạn nhiệt tốt hơn; động cơ thải nhiệt thấp, hoặc động cơ nhiệt độ cao.[153] Chúng thường là động cơ piston với các bộ phận buồng đốt được lót bằng lớp phủ cách nhiệt bằng gốm.[154] Một số sử dụng piston và các bộ phận khác làm bằng titan có độ dẫn nhiệt[155] và mật độ thấp. Một số thiết kế có thể loại bỏ việc sử dụng hệ thống làm mát và tổn thất ký sinh liên quan.[156] Phát triển chất bôi trơn có thể chịu được nhiệt độ cao hơn có liên quan là một rào cản lớn đối với thương mại hóa.[157]