Se conoce también como motor de pistón rodante o motor Wankel (en honor a su inventor, Félix Wankel, que lo creó en 1954). Se compone de un rotor de tres caras con forma de triángulo equilátero de lados ligeramente convexos, el cual gira en el interior de una cámara especial por medio de una combinación de engranajes y un árbol excéntrico interior, de manera que el volumen libre entre las caras del rotor y de la cámara cambia con el giro. El movimiento de este rotor o "pistón" triangular es orbital: Cuando gira el eje no sólo gira el rotor, sino que también lo hace alrededor del eje, debido a que la relación de transmisión del dentado interno del rotor es de dos vueltas por cada tres que da el árbol principal. Lo anterior produce ciertas vibraciones que se contrarrestan empleando un par de rotores desfasados 180 grados, pero hay motores con tres o más rotores.
El motor rotativo opera según el ciclo de cuatro tiempos y tiene lumbreras de admisión y de escape para la entrada y salida de los gases. Su ventaja frente a un motor de pistón alternativo estriba en que se dan tres fases de trabajo por cada vuelta del árbol principal, debido a que cada uno de los tres lados del rotor origina una cámara que funciona de acuerdo a ciclos independientes; de ahí que, a igualdad de potencia, resultan más compactos. No obstante, poseen inconvenientes de estanqueidad en el rotor y en el cárter, pues la compresión se realiza por el contacto entre las esquinas del rotor y la cámara, donde es complejo obtener una adecuada lubricación.
En la actualidad únicamente Mazda presenta motores Wankel en los automóviles de serie, combinados con la técnica de la sobrealimentación.