4기통 엔진은 내연기관의 실린더가 4개로 구성된 형태를 의미한다. 현대 자동차 산업에서 가장 널리 쓰이는 엔진 형식 중 하나로, 배기량 1.0L에서 2.5L 사이의 일반적인 승용차와 SUV에 주로 탑재된다. 실린더의 개수가 적당하여 엔진의 크기와 무게를 줄이면서도 일상적인 주행에 필요한 충분한 출력을 확보할 수 있다는 장점이 있다. 제작 공정이 상대적으로 단순하고 부품 수가 적어 생산 단가와 유지보수 비용 면에서도 경제성이 높다.

가장 보편적인 형태는 실린더 4개가 수직으로 일렬 배치된 '직렬 4기통(Inline-four)' 방식이다. 4행정 사이클을 따르는 이 엔진은 크랭크축이 두 바퀴(720도) 회전하는 동안 각 실린더가 180도 간격으로 차례대로 폭발하며 동력을 발생시킨다. 통상적으로 1-3-4-2 또는 1-2-4-3의 점화 순서를 사용하여 회전의 균형을 맞춘다. 이러한 구조는 엔진 룸의 공간 활용도를 높여 전륜 구동 방식의 차량에 가로로 배치하기에 매우 유리하다.

기술적인 관점에서 4기통 엔진은 구조상 '2차 진동(Secondary Imbalance)'이 발생하는 특성을 가진다. 이는 피스톤이 상사점에서 하사점으로 내려가는 속도와 하사점에서 상사점으로 올라오는 속도가 미세하게 다르기 때문에 발생하는 물리적 현상이다. 특히 배기량이 커질수록 이 진동이 두드러지는 경향이 있어, 이를 억제하기 위해 엔진 내부에 역방향으로 회전하는 '밸런스 샤프트(Balance Shaft)'를 장착하기도 한다. 6기통 이상의 다기통 엔진에 비해서는 정숙성이 다소 떨어질 수 있으나, 최근에는 마운팅 기술과 방음 설계의 발전으로 소음과 진동이 크게 개선되었다.

직렬 방식 외에도 실린더를 양옆으로 눕혀 마주 보게 배치한 '수평대향 4기통(Flat-four)' 엔진이 있다. 이는 주로 포르쉐와 스바루에서 사용하는 방식으로, 엔진의 무게 중심을 극도로 낮출 수 있어 차량의 선회 성능과 주행 안정성을 높이는 데 기여한다. 과거에는 실린더를 V자 형태로 배치한 'V형 4기통(V4)' 엔진도 존재했으나, 구조가 복잡하고 제조 원가가 높아 현재는 일부 고성능 모터사이클을 제외하고는 자동차 분야에서 거의 사용되지 않는다.

최근 자동차 업계의 '다운사이징(Downsizing)' 추세에 따라 4기통 엔진의 위상은 더욱 높아졌다. 과거 6기통 이상의 대배기량 자연흡기 엔진이 맡았던 역할을, 터보차저를 장착한 고성능 4기통 엔진이 대체하고 있기 때문이다. 터보 기술과 결합한 4기통 엔진은 우수한 연료 효율성을 유지하면서도 강력한 토크를 발휘할 수 있어, 준대형 세단이나 스포츠카의 주력 엔진으로도 널리 활용되고 있다. 또한 하이브리드 시스템과의 결합이 용이하여 전동화 전환기에도 핵심적인 동력원으로 자리 잡고 있다.