Un moteur à combustion interne (moteur ICE ou IC) est un moteur thermique dans lequel la combustion d'un carburant se produit avec un comburant (généralement de l'air) dans une chambre de combustion qui fait partie intégrante du circuit d'écoulement du fluide de travail. Dans un moteur à combustion interne, la dilatation des gaz à haute température et à haute pression produits par la combustion applique une force directe à certains composants du moteur. La force est généralement appliquée aux pistons (moteur à pistons), aux aubes de turbine (turbine à gaz), à un rotor (moteur Wankel) ou à une tuyère (moteur à réaction). Cette force déplace le composant sur une distance, transformant l'énergie chimique en énergie cinétique qui est utilisée pour propulser, déplacer ou alimenter tout ce à quoi le moteur est attaché. Cela a remplacé le moteur à combustion externe pour les applications où le poids ou la taille d'un moteur était plus important. Le premier moteur à combustion interne à succès commercial a été créé par tienne Lenoir vers 1860 et le premier moteur à combustion interne moderne a été créé en 1876 par Nicolaus Otto (voir moteur Otto).

Le terme moteur à combustion interne fait généralement référence à un moteur dans lequel la combustion est intermittente, comme les moteurs à pistons à quatre temps et à deux temps plus familiers, ainsi qu'à des variantes, telles que le moteur à pistons à six temps et le moteur rotatif Wankel. Une deuxième classe de moteurs à combustion interne utilise la combustion continue : les turbines à gaz, les moteurs à réaction et la plupart des moteurs-fusées, qui sont chacun des moteurs à combustion interne sur le même principe que décrit précédemment. Les armes à feu sont également une forme de moteur à combustion interne, bien que d'un type si spécialisé qu'elles soient généralement traitées comme une catégorie distincte, avec les armes telles que les mortiers et les canons antiaériens.

En revanche, dans les moteurs à combustion externe, tels que les moteurs à vapeur ou Stirling, l'énergie est délivrée à un fluide de travail non constitué, mélangé ou contaminé par des produits de combustion. Les fluides de travail pour les moteurs à combustion externe comprennent l'air, l'eau chaude, l'eau sous pression ou encore le sodium liquide, chauffé dans une chaudière.

Bien qu'il existe de nombreuses applications fixes, la plupart des ICE sont utilisés dans des applications mobiles et constituent la principale alimentation électrique de véhicules tels que les voitures, les avions et les bateaux.

Les ICE sont généralement alimentés par des combustibles fossiles comme le gaz naturel ou des produits pétroliers comme l'essence, le carburant diesel ou le mazout. Les carburants renouvelables comme le biodiesel sont utilisés dans les moteurs à allumage par compression (CI) et le bioéthanol ou ETBE (éthyl tert-butyl éther) produit à partir du bioéthanol dans les moteurs à allumage par étincelle (SI). Dès 1900, l'inventeur du moteur diesel, Rudolf Diesel, utilisait de l'huile d'arachide pour faire fonctionner ses moteurs. Les carburants renouvelables sont généralement mélangés à des carburants fossiles. L'hydrogène, qui est rarement utilisé, peut être obtenu à partir de combustibles fossiles ou d'énergies renouvelables.

Samuel Morey (23 octobre 1762 - 17 avril 1843) était un inventeur américain, qui a travaillé sur les premiers moteurs à combustion interne et a été un pionnier des bateaux à vapeur qui a accumulé un total de 20 brevets.