發動機活塞在氣缸中的運動有進、壓、爆、排四個衝程。其中壓縮和點爆做功兩個衝程，根據活塞在下止點和上止點時氣缸內體積之比，叫做壓縮比和膨脹比。而發動機的奧托迴圈即膨脹比等於壓縮比，米勒迴圈和阿特金森迴圈均為膨脹比大於壓縮比。

有人會說氣缸大小不變，活塞行程也不變，是如何使壓縮比和膨脹比產生差異的呢？阿特金森迴圈就是透過複雜的曲軸和連桿行程，從物理上改變壓縮和做功時的缸內體積。而米勒迴圈則是透過在進氣時，晚關進氣門，使得缸內可燃氣再從進氣門漏出些出來，這樣使更少的可燃氣進行點爆做功，來實現膨脹比大於壓縮比。

那麼為何要費盡心機來實現膨脹比大於壓縮比呢？大家可以想象用拳頭打沙包的情形，如果出拳過程一直使勁，那麼打到沙包時力量就很大，但是會很累。如果出拳過程只在前半程使勁，後半程順著勁揮出去落在沙包上，雖然力量小一點，但是可以鍛鍊更長時間。

發動機也同樣原理，米勒迴圈和阿特金森迴圈的目的就是充分利用可燃氣爆炸的能量，透過膨脹比大於壓縮比來實現提高發動機熱效率，降低油耗的目的。因此在發動機低負載區，不需要那麼大的力量，用米勒迴圈更省油。而在高負載區，則需要奧托迴圈來保證最大功率出力。