Паровой двигатель, требующий наличия топки и котла, был слишком громоздок для безрельсового транспорта. Подлинная революция в различных отраслях техники и технологий началась с распространением двигателей внутреннего сгорания.
Уже в 1801 г. Ф. Лебок запатентовал двигатель, в котором водяной пар заменил открытым им светильным газом. Светильный газ, добываемый из угля или дерева, вскоре уже производился в промышленных масштабах, и неудивительно появление целого ряда газовых двигателей. В 1823–1826 гг. два варианта атмосферных газовых двигателей патентует С. Броун, а В. Райт в 1833 г. — газовый двигатель двойного действия с водяной рубашкой охлаждения. В 1838 г. В. Барнет патентует газовый двигатель с предварительным сжатием газа и воздуха. Начинается поиск систем зажигания для двигателей внутреннего сгорания — в частности, в 1854 г. Барзанти и Матукки патентуют газовый двигатель с электрической системой воспламенения.
В 1860 г. француз Жан Этьен Ленуар построил двигатель на светильном газе, с электрическим воспламенением, кривошипно-шатунным механизмом, золотниковым газораспределением от эксцентриков на валу двигателя, но еще с весьма низким КПД (4 %). В 1862 г. там же, во Франции, А. Бо де Роша получил патент на двигатель четырехтактного цикла, но не смог реализовать его.
В 1866 г. в Германии Николаус Август Отто получил патент на атмосферный четырехтактный вертикальный газовый двигатель. На Парижской выставке 1867 г. компания «Отто и К°» представила первую рабочую модель одноцилиндрового четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. В 1876 г. Отто строит двигатель на доменном газе. В 1878 г., использовав принцип предварительного сжатия, Отто смог создать двигатель, КПД которого достиг 15–16 %, т. е. превысил КПД паровых машин, достигших к тому времени уже достаточной степени совершенства. Но это были тихоходные промышленные двигатели.
Ленуар в 1862 г. пытался поставить свой газовый двигатель на колесный экипаж. Решающим шагом стал переход на жидкое топливо. Еще в 1847 г. Дрэк в США получил патент на двигатель, работающий на керосине. Опыты с повозками с двигателем внутреннего сгорания ставил в 1870–1880 гг. в Мекленбурге и Вене З.С. Маркус, но не достиг столь явного успеха, как германские изобретатели Юлиус Готлиб Даймлер и Карл Бенц.
В 1883 г. бывший управляющий фабрикой Отто в Дейтце инженер Юлиус Готлиб Даймлер вместе с Вильгельмом Майбахом строит скоростной бензиновый 4-тактный двигатель с зажиганием от калильной трубки. Карл Бенц в 1878 г. разработал легкий двухтактный двигатель внутреннего сгорания