阿特金森循环与传统发动机的工作循环相比，其最大特点就是做功行程比压缩行程长，也就是我们常说的膨胀比大于压缩比。更长的做功行程可以更有效地利用燃烧后废气残存的高压，所以燃油效率比传统发动机更高一些。只要明白了这一点，阿特金森循环就懂了七成。
1882 年，JamesAtkinson 发明了一款发动机，与当时的奥托循环发动机不同的是，这款发动机压缩行程和做功行程时，活塞的位移是不一样的。众所周知发动机的工作过程分为进气、压缩、做功、排气四个阶段，传统发动机四个阶段活塞行程是相同的，而阿特金森循环是如何做到压缩和做功阶段行程不同的呢？
阿特金森发动机使用了较为复杂的连杆作为动力从活塞到曲轴的输出，而活塞实际行程如下图所示（阿特金森发动机活塞行程较长，动画中未予表现）。
这种设计很巧妙，用不同的连杆机制协同工作，使得各个行程幅度不同，不仅有效的改良了进排气情况，膨胀比大于压缩比更是阿特金森发动机最大的特点。更长的膨胀行程可以更有效的利用燃烧后废气仍然存有的高压，所以燃油效率也比奥托循环更高一些。
但如此复杂的结构实现起来并不容易，同时后期维护成本也很高。不过其节油特性又符合目前人们的需要，所以不少厂家用发动机气门相位调节器来控制进气门晚关，取代了复杂的连杆机构，使发动机在进气行程结束后进气门仍在一段时间内保持开启，这样就将吸入的混合气又吐出去一部分，更简单的实现了膨胀比大于压缩比的效果，模拟出了阿特金森循环工况，达到节油的效果。下图为模拟阿特金森循环示意图。
不过阿特金森发动机也有两个突出缺点：
一、低速状态下，进气被上行的活塞顶出，进气量不够，动力不足；
二、高转速状态下，相对较长的膨胀行程会影响转速的攀升，加速也不给力。
但这两个“缺点”却正好可以被混动车型利用，这是因为混动车型在车辆起步阶段，由电动机驱动，电动机低速扭矩大，使车辆快速加速，以此来弥补了阿特金森循环发动机的动力性不足的缺陷，而到了中高速匀速行驶时，阿特金森循环的发动机热效率高，又可以提高燃油的经济性，所以市面上混动车都采用了阿特金森循环发动机。
