レシプロエンジンでは金属製のシリンダー内をピストンが毎分数千回上下するほか、クランクメタルやカムなど、エンジン各部に宿命的な金属同士による摩擦と発熱を生じる。それらによる摩耗を流体潤滑作用・弾性潤滑作用・境界潤滑作用により、軽減し焼きつきを防止する為に、エンジン内各部を通って潤滑するのが、エンジンオイルの重要な作用の一つである。なおロータリーエンジンも、金属製のハウジング内をローターが高速回転する為に、レシプロエンジンと同様に潤滑が必要である。 金属同士の摩擦だけではなく、給気された空気中の粉塵が燃焼室内へ入り、シリンダー内を磨耗させる。エアクリーナーによるろ過性能が低い場合はこの磨耗も増えるが、エンジンオイルは、粉塵の洗浄（洗い流す）だけではなくその粉塵による磨耗を減らす潤滑作用もある。
冷却 [編集]
エンジンオイルがエンジン内各部を通る際に、エンジンで発生した熱を奪うことでエンジン各部を冷却するのも、エンジンオイルの重要な作用の一つである。オイルに蓄えられた熱は、空冷式や水冷式のオイルクーラー、あるいはオイルパン(オイル溜り)等で冷却され、冷えたオイルはオイルポンプによりまたエンジン各部へ送られる。
エンジンオイルによる冷却作用は、空冷エンジンだけでなく水冷エンジンでも重要である。エンジンの構造上冷却水を循環させられない箇所も多く、そういった箇所の冷却は水冷エンジンでもエンジンオイルの冷却作用に頼るしかないからである。また、オイルの冷却作用を空冷エンジンよりも更に積極的に利用した油冷エンジンというものも存在する。
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過給器(ターボチャージャー)付きのエンジンの場合、タービンハウジング(タービンを覆う容器)は排気温度(摂氏700度以上)により熱せられ、赤く発光する程であるが、そのタービンシャフトの保持(ボールベアリングなどを使わない油膜によるフローティング軸受け)や冷却もエンジンオイルに頼っている。特にタービンの軸受けへのオイル供給が停止されると、高温の金属同士が直接摩擦することで生じる焼きつきという現象が起こり、タービンが破損する。そのために水冷式軸受けを持つものを除いたターボエンジン搭載車には、「高速走行直後はしばらくの間エンジンを止めないで下さい」といった内容の注意書きがある。
なお、エンジンの高回転域を多用して、ターボの過給が激しく行われるような走行をした後には十分な冷却が必要である。このことから、アフターアイドリング(エンジンをアイドリング状態で30秒から1分程度稼働させてから停止すること)による冷却や、ターボタイマーと呼ばれる市販の自動アフターアイドリング装置を取り付けて、イグニッションキーを抜いても、設定した時間エンジンがアイドリング状態におかれてから停止するように動作するよう、対応している場合がある。これらの方法はエンジンが稼働している状態で車両を離れることができて便利な反面、その際に意図せぬ車両事故の発生する恐れがあることから、その運用には十分な注意が必要である。また、ターボ車のアフターアイドリングについては除外されているケースが多いものの、大気汚染や騒音の防止を目的として、条例などで自動車用エンジンのアイドリングストップを義務づけている地域もある。
前述の2つの方法の代わりとしては、運行終了直前に、タービンやエンジンにかかる負荷を抑えて走る、クールダウン走行を行う方法がある。この方法であればアイドリングを回避できること加え、外気による冷却も期待できる。ただし、最新の環境対策を施されたディーゼルエンジン等では、状況によって低負荷時でも排気温度や過給圧を高く保つものもあり、取扱説明書を熟読しその車の設計に適った操作を行うことが慣用である。(アンダーガードなどを装備したダート仕様車などの場合はアフターアイドルによる冷却を期待できない[要出典]ため、エンジン停止後に、キーをONにしてから鍵を抜くことで、ターボタイマーをアフターアイドリングのためではなく、ファンによる冷却時間を決める装置として使う場合もある。)
気密 [編集]
シリンダーとピストンは完全に密着しているわけではなく、ごくわずかな隙間があるのでピストンは運動できる。この隙間に入り込んで気密性を保持するのも、エンジンオイルの重要な作用の一つである。エンジンオイルは両者を潤滑するとともに、それらの表面に液体の膜(油膜)を形成する。
もし、この油膜の保持が不十分であればシリンダーに取り込まれた気体が燃焼室から漏れてしまい、正しい燃焼ができなくなる。また、点火した後に膨張した燃焼ガスも同様に漏れてしまい(これがブローバイガスである)、本来想定された出力を得ることができなくなる。
エンジンの老朽化に伴いシリンダーとピストンの間隙は徐々に増加するため、古いエンジンにとってこの役割はより重要である。