发动机机油的首要作用是润滑运动机件。机油在金属表面之间形成液压油膜，避免金属部件直接接触，并减小摩擦。当油膜不足以避免金属部件直接接触时，会出现以下情况：1、摩擦产生热量，2、产生局部粘结，3、金属转移造成擦伤或卡死。
现代润滑剂包括极端压力（ep）抗磨损添加剂。当机件的负荷足够高，无法形成液压油膜时，这些添加剂在高压下在金属表面上形成一层化学键合分子油膜，避免直接接触和磨损。
油冲刷重要部件上的污染物，直到发动机清洁剂的作用。如果机油没有起到控制作用，活塞、活塞环、气门杆和油封上的油泥、漆膜和氧化物堆积会导致发动机严重损坏。配入最佳添加剂的机油会使这些染污物保持悬浮状态，直到机油过滤系统滤除或者在换油过程中去除这些污染物。
机油提供保护性屏障，隔离非类似金属，以避免腐蚀。腐蚀与磨损一样会导致发动机零件上的金属碎屑脱落。磨蚀就像作用缓慢的磨损过程。
发动机需要冷却内部部件，而主冷却系统不能提供这种冷却。机油是一种出色的热传导介质。通过与不同部件的接触，热传递到机油，然后再传递到机油冷却器中的主冷却系统。
机油填充缸套、活塞、气门杆和发动机其他内部部件的不平表面，起到燃烧废气密封的作用。
接触面之间的油膜起到缓冲和减振的作用。高负荷区（比如轴承、活塞、连杆和齿轮系）必须需要减振作用。
机油在发动机上还有液压介质作用，典型的应用如杰克勃制动器和stc喷油器。
机油依靠添加剂在其有效寿命内抵抗特殊致污物。机油添加剂对发动机总体性能的影响比对机油自身更重要。没有机油添加剂，即使最高品质的机油也不能满足发动机的要求。添加剂包括：
清洁剂或分散剂，使不可容的物质保持悬浮状态，直到更换机油。机油过滤系统不能滤除这些悬浮物质。机油换油间隔过长会造成发动机中沉积物形成。
抑制剂，保持机油的稳定性，避免酸性物质腐蚀金属表面，以及避免发动机不运行时生锈。
其它机油添加剂帮助机油润滑发动机的高负荷区，防止擦伤和卡死，控制泡沫形成，防止空气留在机油中。
发动机机油必须按机油不会因与很多机油作用有关的机械搅拌过程而起泡的方法进行配比。因为机油油膜保护不足，起泡的机油会导致与机油不足造成的损坏类似的发动机损坏。
