內燃機效率在不同工況下的表現有較大差異。

在低負載工況下，如進氣沖程活塞下行吸氣、排氣沖程活塞上行排氣，需要克服外界大氣壓阻力，會產生排氣損失和泵氣損失，同時摩擦損失占比較大，因為即便松油門滑行也存在機械摩擦。

隨著負載增加，摩擦損耗量增加但占比減小，對熱效率的拖累程度減少。比如豐田著名的 A25A 系列 2.5L 引擎，燃油版和混動版峰值熱效率不同，效率分布也有差別。

內燃機熱效率目前止步于 40 - 50%，超過一半能量被浪費，主要是排氣損失、冷卻損失、摩擦/機械損失和泵氣損失。冷卻損失指為維持發動機內部溫度不至過高散失的熱量。馬自達下一代 Skyactiv - 3 暫定名的目標最高熱效率為 56%，內燃機作為熱機，根據卡諾循環效率公式結合當前基礎科學水平，峰值熱效率極限約在 60%多。

在市區行駛時，內燃機通常處于低效率工況，熱效率可能不到 20%，堵車時甚至不到 10%。高速路況下，內燃機負荷、轉速達到理想狀態，能保持很高的效率輸出，油耗大幅下降。

電機高效且高效區間范圍寬，在擁堵環境下低速行駛時優勢明顯，能掩飾電池能量密度低等缺點。但高速行駛時，電機效率雖高，內燃機效率也不差，電池能量密度短板就會出現。純電汽車高速行駛費電，根本在于目前動力電池包能量密度不如一箱油，比拼的是能量儲備。而電車高速再提速效果相對差，是因為沒有變速箱，固定傳動比導致不能及時降擋獲得更大扭矩。