Beim Zweitaktmotor ist der Arbeitsvorgang in lediglich zwei Takte unterteilt, was einer Kolbenumdrehung entspricht. Statt Ventilen hat der Zweitaktmotor in der Regel eine Schlitzsteuerung, unterteilt in Einlass-, Auslass- und Überstromschlitz. Zylinder, Kolben und Kurbelgehäuse arbeiten bei diesem Verfahren nach Art einer Pumpe. Bei jedem Kolbenhub vollziehen sich zwei Arbeitsvorgänge gleichzeitig (Ansaugen/Verdichten und Arbeiten/Ausstoßen):

1. Takt - Ansaugen/Verdichten: Bei geöffnetem Auslass- und Überströmschlitz bewegt sich der Kolben aufwärts. Dadurch strömt frisches, vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch durch den Überstromschlitz aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinder, und die Abgase der vorhergehenden Verbrennung werden durch den Auslassschlitz ausgestoßen. Nun werden Auslass- und Überströmschlitz verschlossen und der Einlassschlitz wird freigegeben. Frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in das Kurbelgehäuse gesaugt und das vom vorhergehenden Takt über den Überströmschlitz in den Zylinder geströmte Gemisch verdichtet.

2. Takt - Arbeiten/Ausstoßen: Kurz bevor der Kolben seinen oberen Wendepunkt (Totpunkt) erreicht hat, wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet und der Kolben durch den Druck der Verbrennungsgase nach unten getrieben (Arbeiten). Unter dem Kolben wird nach Verschließen des Einlassschlitzes das frische Gemisch im Kurbelgehäuse leicht verdichtet. Während der Abwärtsbewegung des Kolbens wird der Auslassschlitz wieder geöffnet, so dass die verbrannten Gase ausströmen können. Gleichzeitig strömt frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Kurbelgehäuse über den Überstromschlitz in den Zylinder.

Zweitaktmotoren werden aufgrund ihres unruhigen Laufs und ihrer schlechten Ökobilanz heute im Automobilbau praktisch kaum noch eingesetzt. Die letzten Fahrzeuge mit Zweitaktmotoren waren die Modelle von Trabant und Wartburg aus DDR-Produktion.