Động cơ xăng được phát triển vào cuối thế kỷ 19 bởi Nikolaus August Otto, dựa trên một động cơ ba thì có công suất yếu hơn rất nhiều của Étienne Lenoir. Thay đổi cơ bản là thêm vào một thì nén khí. Thiết kế đầu tiên của Otto không có nhiều điểm tương tự với các động cơ ngày nay. Đấy là một động cơ ở ngoài không khí, tức là hỗn hợp khí và nhiên liệu nổ đẩy pittông bắn ra ngoài bay tự do và chỉ trên đường quay lại pittông (hay áp suất không khí) mới tạo ra công.

Năm 1876 Otto đăng ký bằng phát minh tại Đức cho một động cơ đốt trong bao gồm cả nguyên tắc bốn thì. Vì yêu cầu của người Pháp Beau de Rocha nên bằng phát minh của Otto bị hủy bỏ 10 năm sau đó ở Đức.

Gottlieb Daimler và Carl Benz tại Đức (1886) và Siegfried Marcus (1888/1889) ở Viên (Áo) đã độc lập với nhau chế tạo các xe cơ giới đầu tiên bằng một động cơ Otto.