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往复活塞式发动机，其进气、压缩、作功、排气等四个工作过程是在同一汽缸中进行。在作功过程中，因高温、高压燃气得不到充分的膨胀，而被废气带走约为燃烧总热能三分之一的能量，在热效率大为下降的同时，还产生了很大的排气噪音；另外约1000Cº的排气高温与
0.5 MPa
的排气压力也使难以冷却的排气阀处于十分恶劣的工作环境中，使气阀易被烧蚀而影响使用寿命。
冷却水则将带走燃烧总热能的另外三分之一的能量。在这部分的能量损失中，主要损失集中在燃烧室周壁，与燃烧室的“面积/容积”比成正比。往复活塞式发动机的燃烧室结构是一个“面积/容积”比较大的扁圆柱形，故其热损失较大；与此同时，其较大的“面积/容积”比也将导致较多的冷激效应，而这正是有害排放物HC的重要来源。
大约有2％的燃料被浪费在活塞与汽缸和活塞环与环槽、以及火花塞的间隙中。这些间隙将占压缩终端空间的10％左右，其间的混合气根本不会燃烧，与冷激效应一起成为HC排放物的主要来源。装备缸内燃料直接喷射系统，或采用稀薄燃烧技术的引擎，因这些间隙和冷激效应区域的混合气浓度较低，相应地其HC排放物也较低。
又作用在活塞顶上的功经连杆曲柄机构向外输出时，存在有分力损失，使功效下降。再因气阀、活塞等往复运动部件在改变运动方向时，存在着惯性损失。该损失随发动机转速的增加而增大，它的存在同时也严重影响发动机的加速特性与最高速率，还使发动机平衡不良。而气阀装置的驱动，又将消耗掉发动机的部分功率，并产生大量噪音。
更由于受发动机本身结构原理的限制，使其混合气形成不良及燃烧时间不足，从而导致混合气燃烧不充分，燃料利用率下降的同时产生大量的CO排放物。综上所述，最后往复活塞式发动机其耗油量大、效率低、污染严重。另外还存在有体积大、重量重、结构复杂、零部件多（一千个左右对于一台四缸四冲程活塞式引擎）、加工工艺要求高、故障率高、造价高等问题。
所有这些缺点和问题的存在，使得往复活塞式发动机越来越不能满足现代社会发展的要求。虽说近些年迫于环保与节能的压力而研发出了一系列高新技术，如：缸内燃料直接喷射，压缩空气辅助式燃油喷射，稀薄燃烧技术，可调气阀准时，可调进气支管，电子式气阀，无凸轮式气阀驱动，多气阀，甚至密勒循环等等。这些技术使得现代引擎变得十分复杂，大大增加了引擎的成本，但对实际性能的提升即十分有限，其潜力的挖掘已到了尽头。
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