汽油机和柴油机的工作循环也不同，这也是造成其热效率差异的重要原因之一。汽油机采用的是“四冲程”循环，即吸气、压缩、爆燃和排气四个过程。而柴油机则采用的是“压燃”循环，通过高压燃油喷射到高温高压的气缸中，从而实现自燃。相比之下，柴油机的工作循环更加高效，能够更充分地利用燃油的能量。
此外，汽油机和柴油机的燃烧过程也存在差异。汽油机的燃油通过化油器混合空气后进入气缸燃烧，燃烧过程中不可避免地会有部分燃油未能完全燃烧，从而导致能量的浪费。而柴油机则通过高压喷油嘴将燃油雾化喷入气缸，高温高压的气体能够更好地使燃油充分燃烧，减少了能量的损失。
此外，汽油机和柴油机的工作原理和结构也对热效率产生影响。汽油机的点火系统需要使用火花塞来点燃混合气体，而火花塞的热能损失和点火时间的限制都会导致燃烧不完全，影响热效率。相比之下，柴油机通过高温高压的气体自燃，不需要点火系统，因此能够更高效地实现燃烧。