Автотракторный двигатель состоит из следующих основных узлов: кривошипно-шатунного механизма, механизма газораспределения, системы питания, механизма регулирования, системы зажигания, системы смазки, системы охлаждения и системы пуска.

На рис. 3 схематически приведены устройство и рабочий процесс четырехтактного карбюраторного двигателя, показан продольный разрез дизельного двигателя Д-54 трактора ДТ-54А.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршней во вращательное движение коленчатого вала. В свою очередь весь кривошипно-шатунный механизм состоит из цилиндра, его головки, поршня, в комплекте с кольцами и поршневым пальцем, шатуна, коленчатого вала с маховиком и картера.

Все цилиндры двигателя объединяются в единый блок цилиндров. Цилиндры двигателя служат для направления движения поршней, в цилиндрах двигателя протекает процесс сгорания топлива. Обычно блок цилиндров отливается из серого чугуна. Если блок цилиндра отливается заодно с картером двигателя, то он носит название блока-картера. Для увеличения срока службы всего блока цилиндров он выполняется со вставными сменными гильзами. Различают гильзы «мокрые» и «сухие». «Мокрые» гильзы с наружной стороны омываются охлаждающей водой, «сухие» гильзы вставляются в предварительно расточенный блок цилиндров. Гильзы изготавливаются обычно из легированного чугуна.

Головка блока крепится к блоку цилиндров сверху. В головке блока располагаются камеры сгорания. Обычно головка блока отливается из серого или легированного чугуна. Форма камеры сгорания в зависимости от расположения клапанов и требования качественного сгорания может быть разнообразной: Т-образная,  Г-образная, вихревая,  сферическая.

Поршень служит для выполнения всех процессов работы двигателя: всасывания, сжатия, рабочего хода и выпуска. Условия работы поршня очень тяжелые. Поэтому поршень должен быть прочным, легким, износостойким, обладать хорошей теплопроводностью, минимально расширяться при нагреве.

Поршни изготавливаются из высококачественных материалов, например, для двигателя Д-54 отливаются из высококачественного чугуна следующего состава: углерода—3,2—3,6 /0 марганца—0,45—0,6%, кремния—2,1—2,4%, хрома—0,07—0,1 % никеля—0,55—0,65 %, фосфора—0,13—0,3% и серы не более 0,12%. У дизеля ЯАЗ-204 он изготовлен из ковкого чугуна. Поршни двигателей ДТ-14, Д-20, Д-54А и многих автомобильных отливают из алюминиевых сплавов.

В конструкции поршней различают: днище, головку, юбку, приливы-бобышки и ребра жесткости. Между поршнем и цилиндром для предотвращения заклинивания должен быть обязательно зазор, равный 0,001 диаметра цилиндра.