发动机活塞在气缸中的运动有进、压、爆、排四个冲程。其中压缩和点爆做功两个冲程，根据活塞在下止点和上止点时气缸内体积之比，叫做压缩比和膨胀比。而发动机的奥托循环即膨胀比等于压缩比，米勒循环和阿特金森循环均为膨胀比大于压缩比。
有人会说气缸大小不变，活塞行程也不变，是如何使压缩比和膨胀比产生差异的呢？阿特金森循环就是通过复杂的曲轴和连杆行程，从物理上改变压缩和做功时的缸内体积。而米勒循环则是通过在进气时，晚关进气门，使得缸内可燃气再从进气门漏出些出来，这样使更少的可燃气进行点爆做功，来实现膨胀比大于压缩比。
那么为何要费尽心机来实现膨胀比大于压缩比呢？大家可以想象用拳头打沙包的情形，如果出拳过程一直使劲，那么打到沙包时力量就很大，但是会很累。如果出拳过程只在前半程使劲，后半程顺着劲挥出去落在沙包上，虽然力量小一点，但是可以锻炼更长时间。
发动机也同样原理，米勒循环和阿特金森循环的目的就是充分利用可燃气爆炸的能量，通过膨胀比大于压缩比来实现提高发动机热效率，降低油耗的目的。因此在发动机低负载区，不需要那么大的力量，用米勒循环更省油。而在高负载区，则需要奥托循环来保证最大功率出力。