瓦特发明的蒸汽机，被用于各种动力机械上，从而引发了一场意义深远的产业革命。但是，蒸汽机主要用于大型机械上，体积大，并且配备的锅炉有爆炸的危险，还要消耗大量的煤。
因此，总不致于在汽车、飞机上安装冒着煤烟的笨重的蒸汽机吧？这样，人们很早就产生了使用小型动力发动机以取代蒸汽机的愿望。
奥托发明了内燃机，从而开辟了一条新的动力机械应用的新途径。
1832年6月14日，尼古拉·奥古斯特·奥托生于德国纳骚的霍尔兹豪镇，作为一名工匠在科隆劳动。1854年，即奥托22岁时，他对内燃机产生了兴趣，立志要发明一种可以和蒸汽机相竞争的煤气内燃机。当时就有不少人从事这方面的研究工作。1860年，莱诺尔制作了一种煤气内燃机。这种内燃机因为无压缩，所以，效率极低。但是可以说这种莱诺尔式内燃机就是今天的内燃机的鼻祖。1861年，德国的报纸介绍了莱诺尔的这种煤气内燃机。1862年，法国人鲍·德·罗卡斯建议，作为内燃机的动作方式应采用四冲程方式。他只是提出了原理上的建议，他认为，在汽缸内爆炸结合活塞的四个运动肯定会有良好效率。即：当活塞向外运动时（第一个运动），气体和空气的混合气被吸入汽缸。当活塞向内运动时（第二个运动），混合气被压缩。在压缩到最高点时，火花引发爆炸，从而推动活塞向外运动（第三个运动）。当活塞向内运动时（第四个运动），废气即被排出。于是整个循环周而复始。
奥托从报上看到这种设想后，立即进行了研制工作，把它付诸于实践。1867年，奥托和他的朋友兰根共同制作了一台自由活塞式内燃发动机，从而用火焰点火代替了过去的电气点火方式。奥托出售了自由活塞式发动机积攒了资金，继续研究和实验。从1861年到1864年这段时间里，他进行了多种有关内燃机的发明，并陆续在各国取得了专利。这样，经过不断的努力，1876年，奥托终于完成了四冲程发动机。四冲程循环有时被叫做奥托循环，以示对他的纪念。1877年，奥托获得了专利权。
奥托发明的四冲程内燃机，尽管在结构上、细节上多少和现在的发动机有些不同，然而，在原理上则和今天的发动机差不多。制作出四冲程发动机并实际运转，这还是破天荒第一次。
同年，在法国巴黎举办的万国博览会上展出，与当时的内燃机相比，这种发动机节省了占地面积，同时还具有重量轻、无噪声、运转效率高等优点，所以，获得了好评。奥托制作的四冲程发动机和莱诺尔发动机不同，是压缩型的。因此，其关键是保持密封。吸入则使用了滑阀，点火装置采用了他过去制作的自由活塞式发动机的火焰方式。并且，奥托的发动机比过去任何一种发动机运转起来都平稳得多。其热效率也是莱诺尔式发动机的4倍。即使在今天，也没有出现超过奥托发动机的四冲程发动机。正是他，成功地使这种四冲程发动机进入了实用化阶段。
在内燃机发展史上，奥托的发明是具有划时代意义的，他的四冲程发动机占有很重要的地位。
然而，1891年1月26日，这位只活了59岁的实干家过早地离开了人间。此后，经过戴姆勒、狄塞尔等人的改进，内燃机的实用方面获得了不断的长足发展，从而使汽车和飞机的问世成为可能。