Соответственно идет поиск двигателей внутреннего сгорания, работающих на различных продуктах перегонки нефти. Так, в 1888 г. англичанин Джеймс Харгревс построил прототип двигателя, работающего на тяжелом топливе с форсункой, запальным шаром и камерой сгорания, охлаждаемой водой. В 1889 г. появился двигатель Дидерикса, работающий на керосине. Тогда же свой вариант «керосинового двигателя» построил в России лейтенант флота Е.А. Яковлев — этот двигатель демонстрировался на VIII Съезде врачей и естествоиспытателей в Петербурге. В том же году сообщалось об изобретении техником B.C. Синицыным стационарного двигателя на тяжелом топливе.
В 1890 г. англичанин Герберт Акройд-Стюарт патентует двигатель со специальной камерой сгорания в головке цилиндра и воспламенением паяльной лампой, а с 1892 г. фирма «Горнсби энд Санз» приступила к производству «калоризаторных» двигателей Горнсби-Акройда на тяжелом топливе.
В 1893 г. Рудольф Кристиан Карл Дизель в Германии разработал модель двигателя, реализующего новый термодинамический цикл, но только в 1896 г. Дизель построил работоспособный двигатель с воспламенением топливной смеси от сжатия. КПД его двигателя превысил 30 %.
В 1894 г. заводом братьев Бромлей в России построен нефтяной двигатель с воспламенением от сжатия. В 1899 г. на заводе Нобеля в Санкт-Петербурге по лицензии Дизеля построили стационарный двигатель высокого сжатия с самовоспламенением, работающий на нефти, — для нефтяного дела Нобелей в России такой двигатель был весьма выгоден. В 1900–1902 гг. на Путиловском заводе построили бескомпрессорный нефтяной двигатель Г.В. Тринклера с циклом смешанного типа. В 1903 г. Я.В. Мамин получил патент на бескомпрессорный двигатель, работающий на сырой нефти, с компактным керосиновым «запальником». Но к этому времени завод Л. Нобеля уже выпускал двигатели Дизеля. В самой Германии к началу XX в. двигатели Дизеля выпускали 8 заводов, в Великобритании — два. Затем серийные двигатели Дизеля перевели с керосина на тяжелое топливо, так что Дизелю обязана техника распространением двигателей на тяжелом топливе, которые позже пришли в бронетанковую технику.
В 1911 г. швейцарец Альфред Бюхи патентует в США принцип турбонаддува (увеличения мощности двигателя за счет принудительной подачи воздуха в рабочий цилиндр с помощью компрессора, вращаемого через турбину отработанными газами двигателя).
Развитие двигателей внутреннего сгорания требовало научно-исследовательских работ. Так, в 1906 г. профессор Московского Императорского высшего технического училища В.И. Гриневецкий разработал метод теплового расчета двигателей, впоследствии выдающийся вклад в эту теорию внесли профессора Н.Р. Бриллинг и Е.К. Мазинг.
К моменту появления «самодвижущихся экипажей» уже были известны и даже отработаны многочисленные варианты силовой передачи (трансмиссии), нашедшие впоследствии применение в автомобилях, тракторах, танках. Скажем, еще в 1545 г. Дж. Кардано предложил всесторонне подвижный крестообразный шарнир, поныне известный как «кардан». Издревле были известны цепная, ременная, шестеренчатая передачи. Промышленная революция XIX в. потребовала новых схем и элементов силовых передач для привода станков в цехах и различных механизмов. В 1834 г. американский инженер Робертс изобрел дифференциал, в 1843-м англичанин Хилль создал механическую коробку передач. Все это еще предстояло привнести в «самодвижущиеся экипажи». Первые автомобили использовали трансмиссию, заимствованную от фабричных станков — с системой шкивов и ремней. Так, у четырехколесного автомобиля Даймлера вращение на промежуточный вал трансмиссии передавалось при помощи шкивов и перекидываемых ремней, с вала на колеса — через шестеренчатые передачи. Трехколесный автомобиль Бенца имел ременную передачу от двигателя на шкив трансмиссии, дифференциал в качестве механизма поворота и цепные передачи на ведущие колеса. Но с ростом мощности двигателей ремни уже не выдерживали нагрузок. В 1890-е годы французская «Панар-Левассор» применила на своих автомобилях коническое сцепление, коробку передач в виде шестеренчатого редуктора и цепную передачу вращения на колеса. К 1894 г. «Панар-Левассор» построила, по сути, первый автомобиль классической компоновки (переднее расположение двигателя, за двигателем установлены сцепление, шестеренчатая коробка передач, дифференциал, цепная передача на задние ведущие колеса, знаменитый «Мерседес» появится только в 1901 г.). В 1897 г. автомобиль «Панар-Левассор» участвовал в маневрах французской армии, в связи с чем и считается первым «военным» автомобилем, хотя справедливости ради нужно отметить, что первой автомобили, созданные специально по требованиям военного ведомства, начала выпускать фирма «Рено» (об этом нам еще предстоит вспомнить далее).