直列发动机的气缸体呈线性排列,使得缸体、缸盖和曲轴的结构设计相对简洁,进而降低了制造成本。此外,这种排列方式还赋予了直列发动机优秀的低速转矩特性,使其在低速运转时能够提供良好的动力输出,同时也有助于减少燃料消耗。由于直列发动机的尺寸紧凑,它被广泛应用于各种车型中。通常,5缸及以下的发动机多采用直列排列方式,而现在少数6缸发动机也采用了这种方式。历史上甚至存在过直列8缸的发动机。
在汽油机领域,1升以下的机型往往采用直列3缸设计,而1~2.5升的汽油机则多采用直列4缸设计。尽管少数发动机采用了直列5缸设计,但实现其动平衡却相对困难。对于一些四轮驱动汽车,由于直列6缸发动机的宽度较小,可以在其旁边布置增压器等设备,因此这种设计被采用。直列6缸发动机的动平衡性能较好,振动相对较小,因此也被众多中、高级轿车所采用。