Der Hubkolbenmotor verdichtet durch einen im Zylinder bewegten Kolben Luft oder Kraftstoff-Luft-Gemisch und gibt den bei der Verbrennung entstehenden Druck als Drehmoment an den Antrieb weiter.

Der Kolben ist über das Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden. Zusammen mit dem Kolbenbolzen bilden sie den Kurbeltrieb. Der Kolben bewegt sich bei einer Umdrehung der Kurbelwelle vom unteren (UT) bis zum oberen Totpunkt (OT) und wieder zurück. In UT ist der Kolben der Kurbelwelle am nächsten und in OT am weitesten entfernt. Damit werden die Totpunkte auch bei liegenden Motoren (z.B. Boxermotoren) klar definiert. Ein Hub entsteht bei einer halben an Umdrehung der Kurbelwelle. Der halbe Hub entspricht dem Mittenabstand zwischen Haupt- und Pleuellager. Der Druck auf den Kolben wird als Kraft an das Pleuel und als Drehmoment an die Kurbelwelle weitergegeben.

Die Kolbengeschwindigkeit ist während des Motorlaufs sehr unterschiedlich. Sie beginnt bei Null und steigert sich bei besonders großem Hub und/oder sehr hoher Drehzahl auf mehr als 22 m/s (= 80 km/h), fällt dann aber wieder auf Null. Dies passiert bei jedem Hub und jedem Kolben. Zweitakt- und Rennmotoren können auch noch deutlich höhere Kolbengeschwindigkeiten erreichen. In der Kfz-Technik wird meist die mittlere Kolbengeschwindigkeit als Kennwert für die Belastung des Kolbens bei Höchstdrehzahl berechnet.

Wie werden bei weniger als 4 Zylindern Leertakte überwunden? Wie die Totpunkte? Noch kann kein Serien-Hubkolbenmotor aus dem Stand anlaufen (Ausnahme Sternmotor). Er braucht immer eine Leerlaufdrehzahl, und die ist abgesehen von anderen Faktoren im Prinzip umso höher, je weniger Zylinder der Motor hat. Bei manchen älteren Motoren mit wenigen Zylindern ist der unrunde Motorleerlauf deutlich wahrnehmbar. Hier spielen auch die früher größere Kolbenmasse und evtl. die Pleuelmasse eine Rolle. In dieser Disziplin ist der Zweitaktmotor dem Viertakter deutlich überlegen. Zweitakt-Motorenbauer verglichen die Laufkultur ihrer Dreizylinder mit den Viertakt- Sechszylindermotoren. Alle angeschlossenen Schwungmassen, Kurbeltrieb (heute mehr drehende als hin- und hergehende Massen), sekundären Ausgleichwelle(n), Schwungrad, Teile der Motorsteuerung, Hilfsaggregate und - bei nicht betätigter Kupplung die sekundären Schwungmassen am/im Getriebe - helfen mit, dieses zentrale Problem des Hubkolbenmotors zu mildern.

Bis in die heutige Zeit hat sich das größere Prestige der höheren Zylinderzahl auch bei gleichem Hubraum erhalten. Obwohl es gar nicht so leicht ist, den Motorlauf eines Vierzylinders mit Ausgleichswellen von dem eines Sechszylinders zu unterscheiden. Oder erst den Acht- vom Zwölfzylinder. Bei keinem Mehrzylindermotor läuft in zwei Zylindern während eines ganzen Hubes der gleiche Takt. Durch entsprechende Kröpfung der Kurbelwelle helfen sie sich gegenseitig über die Zylinder Totpunkte hinweg. Das bedeutet z.B. für den Achtzylinder mit 90° Kröpfungswinkel, dass sich vier Zylinder auf den Totpunkten und andere vier genau in der Mitte des Hubes befinden.

Die Basis des Hubkolbenmotors bilden die Zylinder oder der Zylinderblock, bei dem die einzelnen Zylinder miteinander vergossen sind. Zusätzlich existiert bei manchen Motoren ein Kurbelgehäuse, das mit dem Zylinderblock verschraubt ist. Dieses Kurbelgehäuse ist bei einzeln aufgesetzten Zylindern unbedingt nötig.
Im Kurbelgehäuse rotiert die Kurbelwelle, die über Pleuel und Kolbenbolzen mit dem Kolben als Kurbeltrieb verbunden ist.

Während das untere Ende meist von der Ölwanne gebildet wird, folgt nach oben hin der Zylinderkopf mit Dichtung und Ventildeckel. Dabei darf man eigentlich die Begriffe "oben" und "unten" nicht gebrauchen, da es auch liegende Zylinder sowohl bei Reihen- als auch beim Boxer- und V-Motor gibt.
Im Zylinderkopf sind (zumindest beim Pkw) große Teile der Motorsteuerung untergebracht, zu der außer Nockenwelle(n) und deren Antrieb(e) auch die Übertragungselemente mit den Ventilen und deren Federn gehören.

Damit wäre nur der eigentliche Hubkolbenmotor komplett. Es fehlen neben dem Motormanagement noch das Kühl- und Schmiersystem. Und wo soll man die Teile des Abgassystems zuordnen, die mit Motormanagement nichts zu tun haben? Außerdem müssen von den Anbauteilen mindestens noch der Starter und der Generator erwähnt werden. 01/08