在这个行程中，进气门和排气门都关闭，活塞从下止点向上止点运动; 气缸容积逐渐变小，气缸内混合气被压缩，其压力和温度同时升高。当压缩行程终了时，混合气压力可达0.8～1.5 MPa，温度可达600～750 K。采用大压缩比，可提高压缩终了时气缸内的压力和温度，从而加快燃烧速度，提高发动机热效率，但太大容易引起“爆震”和“表面点火”，通常汽油机压缩比为9~12，柴油机压缩比为16～22。 由于柴油机的压缩比更大，压缩终了时缸内气体压力约为3～5 MPa，温度约为750～1000 K，都比汽油机的高，并且压缩终了温度超过柴油的自燃温度。
3、作功行程
在这个行程中，进排气门仍然关闭。压缩行程结束时，火花塞跳火点燃可燃混合气，火焰迅速传遍整个燃烧室，并放出大量热能；燃烧气体体积膨胀，压力、温度升高；气体压力推动活塞从上止点运动到下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。燃烧最高压力可达3～6.5 MPa，最高温度可达2200～2800 K。作功终了时，气体压力降低到0.35～0.5 MPa，气体温度降低到1200～1700 K。
汽油机与柴油机最大的区别就在于此。当压缩行程结束时，喷油器将高压柴油以雾状喷入燃烧室，由于此时气缸内温度高于柴油自燃温度，所以柴油自行着火燃烧，并形成多个火焰中心，燃烧的更加剧烈和暴力，燃烧气体最高压力6～9 MPa，最高温度也可高达1800～2500 K，作功终了时，气体压力约为0.2～0.5 MPa，温度约为1000～1200 K。所以，人们说柴油机更有劲的原因就在于此。
4、排气行程
