Kolbmootor kasutab keemilise energia muundamiseks mehaaniliseks liikumiseks kolbe. See teeb seda kütust põletades ja seejärel kuuma gaasi suunates nii, et see surub kolvile. Kolb on ühendatud nii, et see hakkab ringikujulist väntvõlli keerama; kui kolb on jõudnud oma käigu lõpuni, naaseb see algsesse asendisse ilma väntvõlli endaga tagasi toomata. Ajalooliselt on levinumad kolbmootorite tüübid olnud aurumasin ja sisepõlemismootor. Kolbmootori võimsus on seotud selle silindrite sisemise kogumahuga.
Esimene näide laialt levinud kolbmootorist oli aurumasin. 19. sajandi alguseks töötasid Briti insenerid välja aurumasinate konstruktsioonid, mis tagasid piisavalt võimsust, et konkureerida vesiratastega. Seda jõudu sai kasutada mitmesugustel eesmärkidel jõgedest kaugel – aurumasinad leidsid peagi tee tehastesse, raudteeveduritesse ja laevadesse ning olid esimese tööstusrevolutsiooni edasiviiv jõud.
Nendes aurumasinates põletatakse kivisütt vee keetmiseks vajaliku soojuse saamiseks. Saadud kõrgsurveaur suunatakse seejärel silindrisse, milles on kolb. Kolb surutakse silindri otsa, keerates väntvõlli ühendusvarda kaudu. Sel hetkel juhib ventiil auru silindrist eemale, nii et see ei mõjuta enam kolvi. Nüüd, kui väntvõll liigub, võib selle hoog kolvi algsesse asendisse tagasi tõmmata ja tsükkel võib otsast alata.
Teine kolbmootori tüüp on sisepõlemismootor. Sisepõlemismootor saab soojuse keemilisest kütusest, näiteks bensiinist, mis põletatakse selle silindrites. Sisselaskeklapid võimaldavad õhul enne kütuse põlemist sisse voolata. Samuti võimaldavad väljalaskeklapid gaasidel pärast põlemist mootorist väljuda. Karburaatorid või üha enam ka kütusepihustid võimaldavad ideaalseks põlemiseks sobivat kütuse ja õhu segu.
Sisepõlemismootoris on kolvid väntvõlliga mehaaniliselt ühendatud – kui üks kolb liigub, peavad kõik teised kolvid liikuma sellega kaasa. Nende asendid on aga jaotatud, nii et kui üks kolb põleb, võib teine kolb eraldada gaase. See konfiguratsioon toob kaasa vähem tõmbleva kolbmootori, kuna võimsust toodetakse rohkem kui ühes täistsükli osas. Autodes on sisepõlemismootoritel tavaliselt neli kuni kaheksa silindrit.