天然氣汽車的發動原理是，當天然氣汽車發動機啟動后，天然氣從儲氣瓶通過軟管導入燃料，在發動機附近，天然氣將進入壓力調節器從而實現降壓。 然后，天然氣將進入多點順序噴射噴軌，該噴軌會將氣體引入氣缸中。 傳感器和計算機將對燃料和空氣的混合氣體進行調節，以便火花塞點燃天然氣時，燃燒更有效。 天然氣發動機還包括鍛造鋁合金、高壓縮活塞、鎳鎢硬化合金排氣門座和甲烷催化轉化器。 按照所使用天然氣燃料狀態的不同，天然氣汽車可以分為：

 壓縮天然氣(CNG)汽車。壓縮天然氣是指壓縮到20.7—24.8 MPa的天然氣，儲存在車載高壓氣瓶中。壓縮天然氣(CNG)是一種無色透明、無味、高熱量、比空氣輕的氣體，主要成分是甲烷，由于組分簡單，易于完全燃燒，加上燃料含碳少，抗爆性好，不稀釋潤滑油，能夠延長發動機使用壽命。加工成本相對較低，極難液化，CNG汽車最大的缺點是高壓鋼瓶過重，體積大且儲氣量小，占去了汽車較多的有效重量，限制了汽車攜帶燃料的體積，導致汽車連續行駛里程短，另外因鋼瓶的存儲壓力高，也具有一定的危險性;

 液化天然氣(LNG)汽車。天然氣在常壓下冷卻至-162℃后液化形成LNG，其燃點為650℃，爆炸極限為5%~15%，安全性較高。LNG汽車可以明顯的壓縮天然氣體積，一次充氣，可以行駛500km甚至1000km以上，非常適合長途運輸使用。與CNG汽車相比，LNG汽車在安全、環保、整車輕量化、整車續駛里程方面都具有優勢。

 液化石油氣(LPG)是一種在常溫常壓下為氣態的烴類混合物，比空氣重，有較高的辛烷值，具有混合均勻、燃燒充分、不積碳、不稀釋潤滑油等優點，能夠延長發動機使用壽命，而且一次載氣量大、行駛里程長。