Sebuah mesin reciprocating menggunakan piston untuk mengubah energi kimia menjadi gerakan mekanik. Ini dilakukan dengan membakar bahan bakar dan kemudian mengarahkan gas panas sehingga mendorong piston. Piston terhubung sedemikian rupa sehingga akan mulai memutar poros engkol melingkar; ketika piston telah mencapai akhir langkahnya, piston akan kembali ke posisi semula tanpa membawa poros engkol kembali. Secara historis, jenis mesin reciprocating yang paling umum adalah mesin uap dan mesin pembakaran internal. Jumlah daya yang diberikan mesin reciprocating terkait dengan total volume internal silindernya.
Contoh pertama dari mesin reciprocating yang digunakan secara luas adalah mesin uap. Pada awal abad ke-19, para insinyur Inggris mengembangkan desain mesin uap yang menyediakan tenaga yang cukup untuk bersaing dengan roda air. Tenaga ini dapat digunakan untuk berbagai tujuan yang jauh dari sungai—mesin uap segera memasuki pabrik, lokomotif kereta api, dan kapal, serta merupakan kekuatan pendorong di belakang Revolusi Industri Pertama.
Dalam mesin uap ini, batu bara dibakar untuk memasok panas untuk merebus air. Uap bertekanan tinggi yang dihasilkan kemudian disalurkan ke dalam silinder dengan piston di dalamnya. Piston didorong ke ujung silinder, memutar poros engkol melalui batang penghubung. Pada titik ini, katup mengarahkan uap menjauh dari silinder sehingga tidak lagi bekerja pada piston. Sekarang poros engkol bergerak, momentumnya dapat menyeret piston kembali ke posisi semula, dan siklus dapat dimulai dari awal lagi.
Jenis lain dari mesin reciprocating adalah mesin pembakaran internal. Mesin pembakaran internal mendapatkan panasnya dari bahan bakar kimia, seperti bensin, yang dibakar di dalam silindernya. Katup masuk memungkinkan udara mengalir masuk sebelum bahan bakar dibakar. Demikian juga, katup buang memungkinkan gas keluar dari mesin setelah pembakaran terjadi. Karburator atau, semakin banyak, injektor bahan bakar, memungkinkan campuran bahan bakar dan udara yang tepat untuk pembakaran yang ideal.
Dalam mesin pembakaran internal, piston secara mekanis terhubung ke poros engkol—jika satu piston bergerak, semua piston lainnya harus ikut bergerak. Posisi mereka, bagaimanapun, terhuyung-huyung sehingga saat satu piston sedang mengalami pembakaran, yang lain mungkin mengeluarkan gas. Konfigurasi ini menyebabkan mesin reciprocating kurang tersentak, karena daya yang dihasilkan di lebih dari satu bagian dari siklus penuh. Pada mobil, mesin pembakaran dalam biasanya memiliki antara empat dan delapan silinder.