Berbagai macam mesin game online (MMO) multipemain besar-besaran telah dikembangkan. Hampir setiap MMO memiliki mesin kustomnya sendiri yang terkadang dirilis sebagai mesin game nanti, meskipun ada mesin yang telah dirancang khusus sebagai mesin MMO generik tanpa konten game. Beberapa mesin dirancang untuk grafik tiga dimensi (3D) klasik di mana semua pemain berada dalam server yang sama dan dapat berinteraksi secara bebas satu sama lain, sementara mesin lain mendistribusikan beban pemain di antara server yang berbeda. Mesin MMO gaya pertandingan dirancang untuk menjadi tuan rumah hanya permainan pemain-lawan-pemain dan tidak memiliki dunia permainan yang terus-menerus di luar pertandingan yang sedang dimainkan. Beberapa mesin berusaha keras untuk menciptakan lingkungan yang disimulasikan, lengkap dengan fisika dan objek dinamis yang bergerak secara realistis saat berinteraksi, seperti simulator penerbangan.
Dari semua jenis mesin MMO, satu jenis yang paling sering digunakan adalah mesin dunia persisten 3D. Ini umumnya mengelola di server dunia yang terus-menerus dengan mana pemain dapat berinteraksi. Mesin mungkin memiliki dukungan untuk beberapa server, artinya pemain dapat memilih server mana yang akan dimainkan untuk membantu mendistribusikan beban pemain sehingga tidak ada satu sistem yang terbebani. Sebagai alternatif, mesin jenis ini dapat menggunakan sistem di mana semua pemain secara teknis berada di server yang sama, meskipun beberapa komputer — dalam kasus ini disebut shard — sebenarnya bekerja sama untuk mendistribusikan tugas pemrosesan sesuai kebutuhan.
Mesin MMO tertentu menghadapi masalah beban pemain yang sangat besar dengan menggunakan sistem yang dikenal sebagai instance. Mesin MMO ini memiliki area dunia yang gigih di mana pemain dapat berinteraksi satu sama lain, terkadang hanya secara sosial. Ketika pemain memasuki area di mana gameplay yang lebih kompleks terjadi, seperti area pertempuran atau sub-game, mesin memunculkan salinan area yang hanya dapat diakses oleh pemain atau sekelompok kecil pemain. Ini dapat menghemat daya pemrosesan, karena area yang diinstance biasanya dijalankan di komputer pemain melalui klien game. Ini juga menghindari kepadatan area populer karena kelompok pemain tidak akan terus-menerus bertemu satu sama lain, memungkinkan gameplay yang lebih terkontrol.
Beberapa mesin MMO, termasuk beberapa yang muncul dari game pemain tunggal, bertindak lebih seperti server pertandingan untuk pemain daripada dunia online yang imersif. Mesin ini tidak memiliki dunia persisten di mana pemain dapat bergerak dan berinteraksi satu sama lain, tetapi berfungsi untuk memungkinkan pemain menemukan satu sama lain, setelah itu mereka menggunakan perangkat lunak mereka sendiri untuk memulai dan memainkan game. Statistik bagaimana kinerja pemain biasanya tetap dan kadang-kadang dapat digunakan untuk meningkatkan beberapa aspek karakter virtual, meskipun hal ini tidak selalu diterapkan. Sebagian besar mesin MMO ini pada dasarnya berfungsi seperti daftar olahraga yang terorganisir, mencocokkan pemain atau tim satu sama lain dan merekam hasil pertandingan. Server pertandingan membutuhkan overhead yang relatif sedikit untuk dijalankan, karena permainan yang sebenarnya dijalankan sepenuhnya dari komputer pemain, meskipun itu juga membuat MMO lebih rentan terhadap kecurangan sisi klien.
Ada juga mesin MMO berbasis browser, meskipun beberapa pemain tidak menganggap ini sebagai MMO sejati. Mesin ini memungkinkan game dimainkan secara eksklusif melalui antarmuka situs web dan tidak dapat dibedakan dari jenis MMO lainnya. Namun, dalam beberapa kasus, mereka bisa lebih mirip dengan game offline pemain tunggal. Interaksi antara pemain dalam game berbasis browser bisa sangat dibatasi oleh masalah keamanan server web, dan mungkin terbatas pada memposting pesan di sistem papan buletin. Namun, MMO berbasis browser tetap populer karena dapat diakses, tidak selalu memerlukan server khusus, menarik pemain biasa, dan dapat dimainkan di perangkat seluler.