内燃机主要结构参数包括：气缸直径、活塞行程（或曲柄半径的2倍）、连杆长度、缸心距、活塞行程缸径比、连杆比、缸心距缸径比、气缸数、V型发动机的气缸夹角等。

气缸直径与活塞行程是发动机的重要结构参数，它决定发动机的工作容积。活塞行程缸径比影响气缸的散热面积与气缸容积之比，选择气缸直径与活塞行程时应注意尽量使气缸的散热面积与气缸容积之比为最小，使整个内燃机的尺寸最为紧凑。有的系列产品，一种缸径有两种行程。有的是通过加长活塞行程使内燃机发出的功率更大，有的则是要通过减短活塞行程使转速提高，却不使活塞平均速度增的太多。对于高速柴油机来说，行程缸径比值为0.9～1.15，中速柴油机为1～1.25，低速柴油机为1.6～2.2。汽油机的值为0.8～1.2。值小，则行程比较短。转速高的内燃机，采用小值的原因主要是较大值有利于气门的安排，值小，则当活塞平均速度一定时，可以提高转速。连杆比的大小影响活塞的速度、加速及往复惯性力。内燃机的连杆长度一般是曲柄半径的3～5倍，即连杆比的值一般为1/5～1/3。缸心距缸径比反映发动机的紧凑性参数，其值越小，结构越紧凑，但缸心距缸径比会受到发动机水套、缸盖螺栓及结构强度等限制。

汽油机由于燃烧过程的特点，气缸直径不能过大，一般不超过120毫米；压缩点火式内燃机，同样由于燃烧过程的特点，气缸直径不能过小，一般以不小于85毫米为宜；当缸径确定后，根据关于值的选择可确定行程，从而确定了一个气缸的活塞排量。缸径越大，则一个气缸的往复运动部分的质量就越大，惯性力将限制转速的提高；气缸数越少，则机器结构越简单，但结构就越不紧凑，运转中的振动大且平稳性差；转速高的直列式内燃机一般最多有六个气缸，特殊情况下可多至八缸。低转速的带滑块的直列式内燃机可多达十二缸；采用星型结构的尺寸紧凑、质量小的大功率高速内燃机，最多的可达56缸，但结构很复杂，且维护和修理很困难，只用于特殊情况下。