Til flymotorer var den tidligste anvendte type stempelmotoren. Dens arbejdsprincip involverer et stempel, der bærer trykket fra forbrændingsgasser, og bevæger sig gentagne gange i en cylinder, og denne bevægelse omdannes til rotationen af en krumtapaksel via en plejlstang. I begyndelsen af det 20. århundrede modificerede Wright-brødrene en fire-, vandret monteret, vand-motor og brugte den med succes i deres "Flyer I"-fly, og gennemførte dens flyvetest. Dette markerede den første vellykkede flyvning i menneskehedens historie af et drevet, bemandet, stabilt og operationelt fly.
Senere, under Anden Verdenskrig, gennemgik stempelmotorer teknologisk innovation, der optimerede ydeevne og driftseffektivitet. Effekten steg fra mindre end 10 kW til cirka 2500 kW, mens brændstofforbruget faldt fra 0,5 kg/(kW·h) til cirka 0,25 kg/(kW·h). Samtidig steg den forbedrede driftstid fra det traditionelle dusin timer til 2000-3000 timer. Ved slutningen af Anden Verdenskrig var stempelmotorteknologien blevet meget sofistikeret.
En stempelmotor består hovedsageligt af cylindre, stempler, plejlstænger, en krumtapaksel, ventilmekanisme, propelreduktion og et hus. Cylinderen er det sted, hvor luft-brændstofblandingen (benzin og luft) forbrændes. Stemplet bevæger sig frem og tilbage i cylinderen. Topstykket er udstyret med et tændrør (almindeligvis kendt som et tændrør) til at antænde blandingen, samt indsugnings- og udstødningsventiler. Cylindertemperaturen er meget høj under motordrift, så cylinderens ydre væg har mange køleribber for at øge varmeafledningsområdet. Cylindrene er normalt arrangeret i en radial eller V--form på motorhuset. Almindelige radialmotorer har 5, 7, 9, 14, 18 eller 24 cylindre.
Med den samme cylinderforskydning, jo flere cylindre, jo større motoreffekt. Stemplet bevæger sig frem og tilbage i cylinderen under trykket fra forbrændingsgasserne, og denne bevægelse omdannes til krumtapakslens rotationsbevægelse via plejlstangen. Plejlstangen forbinder stemplet og krumtapakslen. Krumtapakslen er den komponent, der afgiver motorens kraft. Når krumtapakslen roterer, driver den propellen gennem reduktionsrøret, hvilket genererer tryk. Derudover driver krumtapakslen også noget tilbehør (såsom diverse oliepumper, generatorer osv.). Ventilmekanismen bruges til at styre tidspunktet for åbning og lukning af indsugnings- og udstødningsventilerne.
