Variklio efektyvumas reiškia variklio gebėjimą paversti turimą energiją iš kuro į naudingą darbo galią. Šiuolaikinis benzininis degimo variklis veikia vidutiniškai maždaug 20–30 procentų variklio efektyvumo. Likę 70–80 procentų benzino šilumos energijos pašalinama iš variklio kaip išmetamųjų dujų šiluma, mechaninė garso energija arba trinties nuostoliai. Tuščiąja eiga variklio efektyvumas lygus nuliui, nes variklis nejudina transporto priemonės ir valdo tik priedus, tokius kaip vandens siurblys ir generatorius.
Dyzeliniai varikliai yra šiek tiek efektyvesni. Dyzelinis variklis naudoja didelį suspaudimą, kad uždegtų degalus. Šis didesnis suspaudimas kompensuoja variklių šilumą, o tai lemia parazitų praradimą ir užtikrina maždaug 40 procentų variklio efektyvumą nuo tuščiosios eigos iki beveik 2,000 apsisukimų per minutę. Tokį variklio efektyvumą stebi tik tiesioginio įpurškimo dyzeliniai varikliai.
Variklio suspaudimo laipsnis turės įtakos jo gebėjimui veikti efektyviai. Taip yra iš dalies dėl variklio gebėjimo uždegimo proceso šilumą paversti darbu, gaminančiu energiją. Įprastas benzininis automobilių variklis dirba ne daugiau kaip 10:1 suspaudimo santykiu. Ir atvirkščiai, tipiškas dyzelinis variklis gali veikti esant net 25:1 suspaudimo santykiu. Kuo didesnis suspaudimo laipsnis, tuo geresnis bendras variklio efektyvumas.
Deguonies kiekis, kurį gali sugerti variklis, tiesiogiai veikia jo gebėjimą veikti efektyviau. Tai yra azoto oksido įvedimo į benzininio variklio degalų sistemą priežastis. Azoto oksidas į kurą prideda deguonies molekulių, todėl degimo kameroje galima sudeginti daugiau kuro. Šis degalų deginimas leidžia varikliui veikti efektyviau.
Degalų tipas taip pat tiesiogiai veikia variklio naudingumo koeficientą. Didesnio oktaninio skaičiaus benzinas leis varikliui veikti esant didesniam suspaudimo laipsniui. Tai savo ruožtu padidina variklio efektyvumą. Degalai, tokie kaip nitrometanas, gamina deguonį ir taip sukuria daug daugiau galios, nes variklyje gali sudeginti daugiau degalų.
Kai kurie varikliai yra dar mažiau efektyvūs. Pavyzdžiui, stūmoklinis garo variklis veikia maždaug 8 procentais variklio efektyvumo. Tai buvo pagrindinis garvežio varomo lokomotyvo žūties veiksnys. Kita vertus, garo turbinos veikia tokiu efektyvumo lygiu, kuris yra lygus dyzelinio variklio arba viršija jį. Štai kodėl garo turbina naudojama elektros energijos gamybos įrenginiuose. Dujų turbininis variklis yra efektyviausias iš visų variklių, kai jis veikia visa galia. Jie naudojami elektrai gaminti intensyvaus naudojimo laikotarpiais ir išjungiami, kai patenkinamas papildomas poreikis.