Terdapat 4 langkah cara kerja mesin 4 tak, yaitu langkah hisap, kompresi, usaha, dan buang. Pada langkah hisap, piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB). Pada saat inilah katup hisap terbuka dan katup buang tertutup. Ketika piston bergerak turun, udara dan bahan bakar akan dihisap masuk ke silinder karena vakum di ruang silinder.

Pada langkah kompresi, piston akan bergerak dari TMB ke TMA. Saat inilah katup hisap dan katup buang akan sama-sama tertutup. Akibat gerakan naiknya piston inilah, maka campuran udara dan bahan bakar akan dikompresi oleh piston. Akibatnya, terjadi kenaikan tekanan dan temperatur, sehingga terjadi pembakaran.

Pada langkah usaha, piston akan bergerak lagi dari TMA ke TMB, di mana katup hisap dan katup buang masih menutup. Ketika piston hampir mencapai TMA, busi akan memercikkan bunga api untuk membakar campuran udara dan bahan bakar yang telah dikompresi. Maka, terjadilah ledakan pembakaran sebagai tenaga penggerak.

Terakhir, langkah buang. Pada langkah ini, piston akan bergerak lagi ke arah sebaliknya, yaitu dari TMB ke TMA. Kondisi ini membuat katup hisap akan menutup dan katup buang terbuka. Saat piston bergerak dari TMB ke TMA, piston akan menekan gas hasil pembakaran ke luar ruang silinder melalui katup buang yang tebuka.