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En estos motores la mezcla de aire y combustible se realiza fuera de la cámara de combustión, con baja presión y de forma homogénea. Es decir, la mezcla se hace en el mismo lugar que en un motor de gasolina de inyección indirecta y mezcla estequiométrica. En cambio, la mezcla que aspira el motor HCCI es muy pobre en combustible.
Posteriormente, dicha mezcla entra en la cámara y es comprimida hasta que se autoinflama en combustión espontánea, cuando el pistón está próximo al punto muerto superior (como en los motores Diesel). Pero en los motores HCCI el encendido no ocurre en un punto localizado, como en el Diesel, sino casi simultáneamente en toda la cámara. Por tanto, no hay una propagación por frente de llama, ni estratificación de la mezcla.
Como en un Diesel, no hay una válvula de mariposa para variar la carga; el flujo de aire siempre será el máximo. La carga se controla variando la cantidad de combustible.
Es preciso emplear una relación de compresión elevada para prender una mezcla muy pobre, en torno al límite de inflamabilidad (l »1,2). Los diversos motores experimentales han trabajo con unas relaciones de compresión que varían entre 20: 1 hasta 30: 1.
En carga media y baja, el autoencendido de la mezcla no suele provocar detonaciones destructivas. La mezcla —pobre y homogénea— mantiene la temperatura máxima de los gases quemados relativamente baja y uniforme en toda la cámara. Sin embargo, a plena carga la temperatura es mayor y la mezcla más rica; pueden aparecer combustiones detonantes.
Según los experimentos realizados, los combustibles más apropiados para este tipo de combustión son: gasolina, gas natural, biogas y etanol. Pero también se han empleado otros. Un mismo motor podría emplear más de uno de estos combustibles.
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