내연기관에서 연료와 공기의 혼합기가 주로 연소하는 공간. 
1) 가솔린기관에서는 노킹을 방지하고 가스교환을 쉽게 하기 위해 흡기밸브·배기밸브의 배치를 연구해야 한다. 이것을 고려해서 연소실의 모양을 정하는 경우가 많다.

［그림 1］의 ⑴과 같이 편평한 연소실은 노킹을 일으키기 쉽고, 미연(未燃)가스(탄화수소)도 많다. 더구나 연소가스 온도가 낮기 때문에 열효율이 나쁘고, 유입공기가 만곡하므로 흡입효율도 낮다.

⑵~⑷의 연소실은 어느 것이나 앤티노크성(性)이 좋고 열효율이나 흡입효율도 우수하다. 그러나 밸브 배치는 오버헤드 밸브(overhead valve:OHV) 또는 오버헤드 캠(overhead cam:OHC)으로 할 필요가 있으며, 그만큼 밸브 구조는 복잡해진다.

2) 디젤기관에서는 연료분사를 위해 보통 연료분무와 공기를 충분히 혼합시키기가 곤란하다. 혼합을 촉진하는 목적으로 다음과 같은 형식의 연소실이 디젤기관에서 사용되고 있다.

① 예연소실식(豫燃燒室式):주연소(主燃燒)와는 별도로, 틈새부피(clearance volume)의 20~40 %인 예연소실 속에 연료를 분사하여 여기서 연료의 일부가 연소하고, 그 연소가스에 의해 나머지 분무연료(噴霧燃料)를 주연소실에 분출하여 완전연소시키는 것이다.

연소는 분무의 성질에 둔감하기 때문에, 분사압은 낮아도 되고 노즐도 분무특성을 생각할 필요가 없다. 또 연소속도가 빠르므로 고속회전이 가능하여 자동차 엔진에 널리 사용되고 있다. 유해(有害) 배기가스 속에 있는 질소산화물의 발생량은 직접분사식에 비해 1/3~1/5로 적다. 그러나 다른 연소실에 비해 주실(主室)과 부실(副室)을 연결하는 통로에서의 단면수축 손실이 크고, 연소실의 면적이 넓기 때문에 시동(始動)이 곤란하여, 가열밸브를 가지는 것이 보통이다.

② 와류실식(渦流室式):틈새부피의 60~70 %에 이르는 와류실을 두어, 압축행정 중에 넣어지는 공기는 강한 와류가 된다. 이 강한 와류의 흐름에 연료를 분사하여 충분히 혼합시키려는 것이며, 연소는 대부분 이 와류실 속에서 이루어진다. 비교적 단면수축손실이 적어 최근 많이 채택되고 있다.

③ 직접분사식:연료는 주연소실 안으로 직접 분사되고, 부실은 없다. 연소실은 실린더 헤드 또는 피스톤 헤드에 만들어지는 오목한 부분에 의해 구성되는 경우가 많다. 단면수축손실이 없으므로 연료 소비율이 우수하고, 시동도 비교적 수월하다. 단지 공기와의 혼합이 불충분하기 때문에 연소속도가 느리며, 주로 대형 저속의 선박용 기관에 채택되고 있다.
또 불완전연소하기 쉽고, 과부하(過負荷) 때 매연이 발생하기 쉽기 때문에, 분무특성(噴霧特性)이 뛰어난 다공(多孔) 노즐을 사용하여 높은 분사압력을 가해야 한다.