Termodinamički ciklus motora opisuje procese vezane uz toplinu i rad u sustavu, tijek pretvorbe kemijske energije goriva u kinetičku energiju klipa i koljenastog vratila/radilice. Uz povijesne iznimke, motori gotovo svih putničkih automobila funkcioniraju po četverotaktnom Ottovom ili Dieselovom ciklusu, a ta se dva ciklusa razlikuju prvenstveno po načinu paljenja smjese (iskra vs. samozapaljenje) što je povezano s uvjetima tlaka i temperature u cilindru. Danas je u primjeni nekoliko termodinamičkih ciklusa za automobilske motore, a novi se motori konstruiraju s ciljem osiguravanja visokih stopa termičke iskoristivosti pa koriste varijacije četverotaktnog ciklusa poput Millerovog, Atkinsonovog ili Budackovog ciklusa. Zajednički im je element smanjenje efektivnog kompresijskog omjera u odnosu na ekspanzijski omjer (npr. u odnosu na Ottov ciklus, kasnijim zatvaranjem usisnih ventila u kompresijskom ili ranijim u usisnom taktu). U kombinaciji s prilagođenom geometrijom cilindra (uglavnom provrt manji od hoda) u tom režimu pada snaga motora, ali raste stopa iskoristivosti goriva. U takvom ciklusu iskorišteno je više rada iz izgaranja smjese zraka i goriva budući da je u donjoj mrtvoj točki izgorena smjesa hladnija i nižeg tlaka nego pri Ottovom ili Dieselovom ciklusu (pri čemu razlika ne nastaje zbog termičkih gubitaka).
Objasnimo detaljnije neke razlike između navedenih ciklusa. Četiri takta svih ovih ciklusa su usis, kompresija, izgaranje i ispuh. Pri Atkinsonovom ciklusu usisni ventil ostaje otvoren neko vrijeme nakon što počne kompresijski takt pa se dio smjese goriva i zraka vraća u usisnu granu. Tako se smanjuje efektivni kompresijski omjer motora i potpunije iskorištava rad zapaljene smjese. Atkinsonov ciklus koristi se uglavnom u konvencionalnim četverocilindričnim motorima u hibridnim pogonima (npr. Toyota CH-R, Lexus LC 500), dok se Millerov koristi i u drugim konfiguracijama. Millerov ciklus (patent 1957.) gotovo je isti kao i Atkinsonov, ali koristi mehanički kompresor za prednabijanje zraka za smjesu, koji je obično nakon toga i ohlađen korištenjem intercoolera. To nadoknađuje dio snage izgubljene preko duže otvorenog usisnog ventila (otvorenog i nakon što klip krene iz donje mrtve točke), a hladnija smjesa omogućuje i efikasnije izgaranje u kombinaciji s kasnijim trenutkom paljenja smjese. Mazda je koristila Millerov ciklus npr. u Xedos 6 u KJ-ZEM V6 motoru, a koristi ga i Nissanov trocilindarski HR12DDR motor u novijoj Micri i Noteu. Budackov ciklus je Volkswagenova varijanta slična Atkinsonovom ciklusu, ali umjesto da se usisni ventil drži otvorenim i nakon početka kompresijskog takta, usisni ventil se zatvara ranije u usisnom taktu. Efektivni rezultat je isti, zbog manje zraka u cilindru u određenoj točki hoda klipa, kompresijski omjer manji je od ekspanzijskog omjera. U VW motorima s Budackovim ciklusom pri jačem gasu aktuator pomiče drugi profil brijegova bregastog vratila nad ventile i motor onda radi po Ottovom ciklusu.
