气缸原理源于大炮。
1680年，荷兰科学家霍因斯受到大炮原理的启发，心想如将炮弹的强大力量用来推动其它机械，他一开始仍用火药作燃烧爆炸物，将炮弹改成“活塞”，把炮筒作“气缸”，并开一个单向阀。他在气缸内注入火药，当点燃火药后，火药猛烈地爆炸燃烧，推动活塞向上运动，并产生动力。同时，爆炸气巨大的压力还推开单向阀，排出废气。而后，气缸内残余废气逐渐变冷，气压变低，气缸外部的大气压又推动活塞向下运动，以准备进行下一次爆炸。当然，由于行程过长，效率太低，他最终没有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“内燃机”的设想，后人在此基础上才发明了汽车用的发动机。
早期汽车使用单缸机，汽车鼻祖卡尔·奔驰和戴姆勒在当年设计制造汽车时，他们不约而同地只用了一个气缸的发动机。就像我们认为一辆汽车不可能使用两台或更多台发动机一样，估计当时的人们也不会想象出还会用两个气缸或更多气缸的发动机。然而现在不同了，先别说发达国家，看看国内汽车广告就会发现，不少厂家总拿发动机的气缸数目和排列形式来说事，卖微型车的极力吹鼓他的车用的是四缸机而非三缸，用v6发动机的一定要把v字弄得醒目惹眼，广告宣传确实起到了很大效果，不少车迷已认同了 “4缸气缸比3缸气缸好”、“6缸气缸比4缸气缸好”、“v型气缸比直列气缸好”、“v型发动机是高级发动机”等概念。国产车中已有近20种车装配了v6或v8型发动机。
单气缸发动机的曲轴每转两周才能产生一次燃烧做功，这样它的声音听起来也不连续顺畅，听一听小排量摩托车的声音就知道了。最为不能让人接受的是它的运转极不平稳，转速波动较大，而且单气缸发动机的外形也不适合装在汽车上。为此，汽车上已见不到单气缸发动机上，两气缸机也不好找了，最少是3气缸发动机。国内生产的华利面包车、老款夏利车、吉利豪情和奥拓、福莱尔上，装的都是3气缸机。
1升以下的微型车上多用3气缸机，1升至2升的发动机一般采用4气缸或5气缸机。2升以上的发动机大多为6气缸，4升以上的发动机使用8气缸的占绝大多数。
在相同排量的情况下，增加气缸数可以提高发动机的转速，从而可以提高发动机的输出功率。另外，增加气缸数可以使发动机运转更平稳，使其输出扭矩和输出功率更加稳定。增加气缸数可以使气车更容易起动，加速响应性更好。为了提高气车的性能，必须增加气缸数。因此，豪华轿车、跑车、赛车等高性能气车的气缸数都在6缸以上，最多者已达到16缸。
但是，气缸数的增加不能无限制。因为随着气缸数的增加，发动机的零部件数也成比例地增加，从而使发动机结构复杂，降低发动机的可靠性，增加发动机重量，提高制造成本和使用费用，增加燃料消耗，并使发动机的体积变大。因此，气车发动机的气缸数都是根据发动机的用途和性能要求，在权衡各种利弊之后做出的合适选择。
直列发动机（line engine），它的所有气缸均肩并肩排成一个平面，它的缸体和曲轴结构简单，而且使用一个气缸盖，制造成本较低，稳定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸紧凑，应用比较广泛。其缺点是功率较低。“直列”可用l代表，后面加上气缸数就是发动机代号，现代汽车上主要有l3、l4、l5、l6型发动机。