À Paris, en 1673, le physicien hollandais Christian Huygens et son jeune assistant Denis Papin mettent au point un dispositif constitué d'un cylindre métallique équipé d'un piston, considéré comme étant à l'origine du moteur à combustion interne. En partant du principe développé par Huygens, l'Allemand Otto von Guericke a l'idée d'utiliser, pour faire le vide, non pas une pompe à air, mais une combustion interne produite par le chauffage de poudre à canon. La pression atmosphérique engendre le retour du piston dans sa position initiale, générant ainsi une force.
Le Suisse François Isaac de Rivaz, vers 1775, entrevoit le développement de l'automobile. Alors que ses multiples voitures à vapeur n'ont guère de succès du fait de leur manque de souplesse, il s'inspire du fonctionnement du « pistolet de Volta » pour construire ce qui ressemble à un moteur à explosion dont il obtient le brevet le 30 janvier 1807
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En 1859, l'ingénieur belge Étienne Lenoir dépose son brevet d'un « moteur à gaz et à air dilaté », un moteur à combustion interne à deux temps et c'est en 1860 qu'il met au point la première ébauche d'un moteur à explosion, à allumage électrique et refroidissement à eau. Ce moteur inédit est, dans un premier temps, alimenté au gaz d'éclairage. Quelque temps plus tard, Lenoir invente un carburateur permettant de remplacer le gaz par du pétrole. Souhaitant expérimenter au plus vite son moteur, il l'installe sur une voiture rudimentaire, et, partant de Paris, parvient à rejoindre Joinville-le-Pont. Malheureusement, faute de moyens matériels et financiers, et en raison d'un rendement moteur insuffisant, Lenoir se voit dans l'obligation d'abandonner ses recherches et vend son moteur à différents industriels. Bien que le premier puits de pétrole américain soit foré en 1850, il faut ainsi attendre l'Américain George Brayton en 1872, pour imaginer un carburateur efficace utilisant le pétrole, donnant ainsi naissance à la première machine à combustion interne à huile lourde.
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​Par la suite, Beau de Rochas améliore l'invention de Lenoir, qui souffre cruellement d'un mauvais rendement en raison de l'absence de compression des gaz. Beau de Rochas résout ce problème en mettant au point un cycle thermodynamique à quatre temps. Étant davantage théoricien que praticien, Beau de Rochas ne sait pas mettre en application ses théories. Il dépose le brevet en 1862, mais en raison de difficultés financières, il ne peut s'acquitter des redevances de protection de son invention ; c'est donc en 1876 que l'on voit apparaître les premiers moteurs quatre-temps. L'invention théorique du cycle à quatre temps par Beau de Rochas permet enfin d'exploiter véritablement le moteur à explosion. L'Allemand Nikolaus Otto devient en 1872 le premier ingénieur à appliquer les principes de Beau de Rochas, selon un cycle désormais connu sous le nom de « cycle Otto ».
En 1876, les inventeurs allemands Gottlieb Daimler et Nikolaus Otto développent pour leur firme Deutz AG, le premier moteur industriel fixe à gaz fonctionnant sur le principe présenté par Beau de Rochas. En 1885, Gottlieb Daimler et Wilhelm Maybach déposent le brevet du premier moteur à explosion de série pour véhicule Moteur Daimler Type P, et fondent Daimler-Motoren-Gesellschaft à Stuttgart, pour motoriser rapidement tout ce qui roule, flotte, et vole de l'époque, avec les premières industrialisations en série de Panhard & Levassor Type A de 1890, et Peugeot Type 3 de 1891, de René Panhard, Émile Levassor, et Armand Peugeot. M. Vurpillod devient ainsi la même année le premier acquéreur d'une automobile Peugeot sous licence Panhard & Levassor, « sans chevaux ».
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Panhard & Levassor Type A no 77 de 1891, reconnue à ce jour comme « plus ancien véhicule automobile à essence du monde encore en circulation», classée aux monuments historiques en 2011, première voiture à essence fabriquée en série.
C'est en 1883 que Édouard Delamare-Deboutteville fait circuler sa voiture dont le moteur est alimenté au gaz, mais la durite d'alimentation en gaz ayant éclaté au cours de ce premier essai, il remplace le gaz par du carbure de pétrole. Pour utiliser ce produit, il invente un carburateur à mèches. Ce véhicule circule pour la première fois dans les premiers jours de février 1884 et le brevet est déposé le 12 février 1884 sous le numéro 160267. L'antériorité d'Édouard Delamare-Deboutteville sur Carl Benz est donc, semble-t-il, incontestable. Cependant, cette paternité pour l'automobile est très contestée et il semble que les véhicules développés par Delamare-Deboutteville soient loin de fonctionner correctement, certains explosant lors de leur brève utilisation.
Néanmoins, bien qu'il soit difficile de définir avec certitude la première voiture de l'histoire, le British Royal Automobile Club et l'Automobile Club de France s'accordent à dire qu'il s'agit du fardier de Cugnot.
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Les vicissitudes de l'histoire ont malheureusement fait occulter le génie de Siegfried Marcus, inventeur prolifique et touche-à-tout qui, dès 1870, mit au point une automobile équipée du moteur 4 temps à l'éther de pétrole d'une puissance de 1 cheval, dénommée « machine à carboniser l'air atmosphérique », qu'il équipa ensuite d'un allumage par magnéto à basse tension et un carburateur rotatif, pouvant ainsi accomplir le trajet de Vienne à Klosterneuburg sans encombre majeur, hormis quelques remontrances de la part de la police autrichienne pour les nuisances olfactives et auditives occasionnées. Son modèle de 1874 fut conservé au Musée technique de Vienne jusqu'à l'Anschluss. En effet, en 1938, les nazis investirent le musée pour détruire toute trace des inventions de Marcus, juif autrichien, et mettre en avant Benz et Daimler, plus authentiquement allemands. Ses brochures, ses photographies, ses documents techniques et même ses dépôts de brevets furent systématiquement éliminés à Berlin comme à Vienne.