Se define como la relación entre la masa de aire que se encuentra en el cilindro en el punto muerto inferior -PMI-, y la que podría haber, considerando el volumen de la cámara y la presión atmosférica. Se tiene un rendimiento volumétrico del 100% si las dos masas son iguales; inferior al 100% si existe menos aire del que podría haber a presión atmosférica; y superior al 100% si hay más aire del que podría haber a presión atmosférica.
En un motor atmosférico de gasolina, el rendimiento volumétrico siempre es menor al 100% cuando el motor no trabaja en carga parcial, ya que la mariposa restringe la entrada de aire. Si opera a plena carga, puede alcanzar el 100% en un margen de régimen más o menos estrecho. Ciertos motores atmosféricos pueden superar el 100% de rendimiento volumétrico como consecuencia de la resonancia del aire; o sea, en un determinado intervalo de régimen, se hallan “sobrealimentados por resonancia”.
En un motor atmosférico Diesel, el rendimiento volumétrico se aproxima al 100% en cada momento, puesto que la entrada de aire no se encuentra limitada.
En motores sobrealimentados, de gasolina o Diesel, el rendimiento volumétrico puede ser mayor al 100%, debido a que la presión en el colector de admisión resulta superior a la atmosférica.