Učinkovitost motorja se nanaša na sposobnost motorja, da pretvori razpoložljivo energijo iz goriva v uporabno delovno moč. Sodobni bencinski motor z notranjim zgorevanjem deluje v povprečju s približno 20 do 30-odstotnim izkoristkom motorja. Preostalih 70 do 80 odstotkov bencinske toplotne energije se izloči iz motorja kot toplota izpušnih plinov, mehanska zvočna energija ali izguba zaradi trenja. V prostem teku je izkoristek motorja enak nič, saj motor ne premika vozila in upravlja samo pripomočke, kot sta vodna črpalka in generator.
Dizelski motorji so nekoliko bolj učinkoviti. Dizelski motor uporablja visoko kompresijo za vžig goriva. Ta višja kompresija kompenzira parazitske izgube motorja, ki odvzame toploto, in povzroči približno 40-odstotno učinkovitost motorja od prostega teka do skoraj 2,000 vrtljajev na minuto. To učinkovitost motorja opazijo le dizelski motorji z neposrednim vbrizgavanjem.
Kompresijsko razmerje motorja bo vplivalo na njegovo učinkovitost. To je deloma posledica sposobnosti motorja, da pretvori toploto iz procesa vžiga v delo, ki proizvaja energijo. Tipični bencinski avtomobilski motor deluje pri kompresijskem razmerju največ 10:1. Nasprotno pa lahko tipični dizelski motor deluje s kompresijskim razmerjem do 25:1. Višje ko je kompresijsko razmerje, boljši je splošni izkoristek motorja.
Količina kisika, ki jo motor lahko zajame, neposredno vpliva na njegovo zmožnost učinkovitejšega delovanja. To je razlog za uvedbo dušikovega oksida v sistem za gorivo bencinskega motorja. Dušikov oksid dodaja molekule kisika v gorivo, kar omogoča zgorevanje več goriva v zgorevalni komori. To izgorevanje dodanega goriva omogoča učinkovitejše delovanje motorja.
Vrsta goriva neposredno vpliva tudi na oceno učinkovitosti motorja. Bencin z višjim oktanskim številom bo motorju omogočil delovanje z višjim kompresijskim razmerjem. To posledično ustvarja večjo učinkovitost motorja. Goriva, kot je nitrometan, proizvajajo kisik, s čimer ustvarijo veliko več moči, saj omogočajo zgorevanje več goriva v motorju.
Nekateri motorji so celo manj učinkoviti. Batno-parni stroj na primer deluje s približno 8-odstotnim izkoristkom motorja. To je bil glavni dejavnik za propad lokomotive na parni pogon. Po drugi strani pa parne turbine delujejo na ravni učinkovitosti, ki je enaka ali večja od učinkovitosti dizelskega motorja. Zato se parna turbina uporablja za električne elektrarne. Plinskoturbinski motor je najučinkovitejši od vseh motorjev, če deluje s polno močjo. Uporabljajo se za proizvodnjo električne energije v obdobjih visoke porabe in se izklopijo, ko so izpolnjene dodatne potrebe.