Ưu điểm trên lý thuyết của một động cơ hai thì là có hiệu suất riêng (hiệu suất trên dung tích) cao hơn một động cơ bốn thì, vì mỗi một vòng quay của trục khuỷu là một thì tạo công (ở động cơ bốn thì, hai vòng quay của trục khuỷu tương ứng với một thì tạo công). Trên thực tế động cơ bốn thì đã rút ngắn khoảng cách này rất nhiều nhờ vào những cải tiến gần đây (thí dụ như nhờ vào các hệ thống phun cải tiến) nên các mô tô hay xe máy có động cơ bốn thì không còn chạy chậm hay có gia tốc chậm hơn hơn loại hai thì nữa. Vận tốc tối đa của pít tông chậm hơn so với động cơ bốn thì vì có các ống dẫn khí trong xy lanh, điều này cũng hạn chế hiệu suất của động cơ hai thì.

Cách chế tạo đơn giản hơn của động cơ hai thì mang lại nhiều ưu điểm như dễ bảo trì hơn và có khối lượng di động (trục khuỷu, pít tông,...) nhỏ hơn rất nhiều so với một động cơ bốn thì tương tự. Hiệu ứng tốt của việc này là mang lại một xung lượng góc nhỏ hơn. Điều này quan trọng trước nhất là ở những mô tô chạy trên nhiều địa hình, ở loại này động cơ hai thì tạo khả năng linh động hơn trong lúc phóng qua vật cản. Động cơ có dung tích lớn (động cơ diesel tàu thủy) hoạt động đa phần theo nguyên tắc hai thì.

Khí thải của động cơ hai thì có hàm lượng cacbon monoxit và các chất hyđrocacbon cao vì có nhiều nhớt bôi trơn trong khí được hút vào và vì có lượng khí thải trong buồng đốt cao.

Động cơ Otto hai thì

Khuyết điểm đặc biệt của động cơ Otto hai thì là thất thoát nhiên liệu hình thành qua sự pha trộn một phần giữa hỗn hợp khí mới và khí thải, vì thế một phần của hỗn hợp nhiên liệu và không khí thoát ra ngoài theo ống thoát khí gây ô nhiễm môi trường.

Ngược với động cơ bốn thì và động cơ diesel hai thì, động cơ Otto hai thì thường không có nhớt bôi trơn thường xuyên mà dùng một hỗn hợp pha trộn giữa xăng và nhớt dùng làm nhiên liệu và chất bôi trơn. Vì nhớt chỉ được đốt cháy một phần nên động cơ Otto hai thì gây ô nhiễm môi trường nhiều hơn động cơ bốn thì.

Cách bôi trơn động cơ này là một ưu điểm cho những động cơ hay thay đổi tư thế như máy cưa hay máy cắt cỏ vì ở những động cơ này việc bôi trơn bao giờ cũng được bảo đảm.

Có nhiều phương pháp giải quyết cho các vấn đề này đã và đang được đưa ra, thí dụ như cách bôi trơn riêng bằng cách thêm nhớt tùy thuộc vào tải của động cơ hay mới đây là các động cơ hai thì có hệ thống phun trực tiếp, loại động cơ đã có thể chứng minh được ưu thế về mặt nguyên tắc so với động cơ bốn thì và chỉ không được phổ biến vì lý do thương mại của nhiều nhà sản xuất (thí dụ như orbital motor).

Động cơ diesel hai thì

Các động cơ diesel hai thì trong tàu thủy được chế tạo và điều khiển phức tạp hơn các động cơ Otto hai thì. Các động cơ này có một hệ thống phun và van thải khí trên đầu xy lanh. Một số động cơ có nhiều van thải được mở đồng thời cùng một lúc. Không khí được nén trước bằng các thiết bị thích hợp (thí dụ như máy nén khí, tiếng Anh: Turbocharger) và sau đó được nén vào xy lanh. Vì thế mà động cơ diesel hai thì thường không thích hợp cho những ứng dụng nhỏ.

Các động cơ diesel hai thì lớn trong tàu thủy (nòng xy lanh 1 mét) nếu so về hiệu suất nhiệt thì dẫn đầu trong các động cơ nhiệt: chúng có thể biến đổi đến 65% năng lượng liên kết hóa học của nhiên liệu trở thành công cơ học sử dụng được. Các động cơ Otto trong ô tô ít khi vượt quá được 30% và chỉ có các ô tô chạy bằng dầu diesel hiện đại là có hiệu suất lớn hơn 40%.