直列式引擎為目前市面上一般乘用車最常見及傳統的引擎配置，顧名思義直列式就代表引擎的所有汽缸均排列在同一平面上，引擎代號大多以L或是I呈現，其中又分為直式及橫式兩種（視汽缸的排列為縱置或橫置），但無論縱置或橫置引擎，它們的優點都是引擎本體體積較小，成本也較低，因此非常適合小排氣量的小車，以及一般乘用代步車使用，也是目前四缸汽油車型最常見的引擎型式，但這裡我們將專門討論直式引擎。
直列式引擎常搭載在後驅或四驅的車型，可以減少動力損耗。
直列式引擎最大的特點就是常出現在後輪驅動及四輪驅動的車型上（尤其是BMW特別愛用），原因在於直列引擎的曲軸和車輛傳動軸平行，可以減少一次的傳動方向轉換，不僅可以降低動力的損耗，同時也可以降低成本。不過直式引擎也不是完全沒有缺點，在汽缸保持在同一直線的情形下，受限於車體引擎室大小，可以對應的汽缸數不如V型及水平對臥等引擎來得多，而且引擎本身的功率較低，且引擎震動也會較大。
成本較低的直列式引擎並非沒有缺點，不水平的結構導致震動較明顯。
直列式引擎最大的問題在於，引擎本身並不是一種平衡結構，雖然在小排氣量的的情況下影響不大，但是會隨著排氣量的加大，以及汽缸數量的增壓，導致震動感受愈為強烈。因此當排氣量較大的時候（超過2.0升以上），大部分的車廠都會替直列式引擎安裝平衡軸，甚至用到兩隻平衡軸來減少震動，這種引擎本身不夠水平的震動感，在三缸、五缸這些汽缸數不對稱的引擎上面會更為明顯，也是目前積極開發三缸車型車廠努力解決的問題之一。
像Fabia、Fiesta此類小型車款，都很常使用三缸引擎。
Audi RS3式直列式5缸引擎的愛好者，性能也是非常強勁。