空冷エンジンの特徴として、水冷エンジンに比べ構造が簡単でコストが安いため、二輪車には昔から多く普及している。その反面、空冷式はエンジン表面を流れる空気が冷却の要になるため、風を受けていない（停車したままの長時間にわたるアイドリングなど）状態が続くと、熱ダレやオーバーヒートの可能性がある。エンジンオイルも重要な冷却要素となり、両者の冷却バランスを図ることで、初めて安定した性能のエンジンとなる。
自動車用では冷間時と温間時、軽負荷時と高負荷時などの運転状況の変化に対して、全域での燃焼（温度）管理が難しく、排出ガス規制への対応が非常に難しい。さらに、温度変化の幅の大きさは、シリンダー、ピストン間の、熱膨張によるゆとりや真円度の変化にまで及ぶため、それなりの設計と対策が必要となり、高性能化には多くのコストがかかる。
廃熱をヒーターなどで有効利用することが水冷エンジンに比べ難しい。得られる熱気の温度にムラがあったり、オイルや排気の匂いが混じる。ガス中毒のリスクもある。
空冷エンジンは熱を発散する表面積を増やすためにシリンダー及びシリンダーヘッドに蛇腹状のフィンが付いている。そのため、体積と表面積のバランスから大排気量では、冷却ファンを含めたスペース面で空冷エンジンは不利で、小型エンジンの方が適している。
自動車.
水冷同様、ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとが存在する。ガソリンエンジンは、第二次世界大戦後ブームとなった事もあり、数多くの採用例が存在する。
さらにフォルクスワーゲンの成功からフォロワーが多く現れ、一時はGMやトヨタさえもが手がけるなど、第二次世界大戦後の大衆車ではリアエンジンと並び、空冷エンジンは流行の機構構成となった。
騒音に関しても水冷と比較すると非常に不利で、冷却ファンの風切り音や、シリンダーフィンの共鳴、また、ウォータージャケット（冷却水の循環する通路）を持たないことなどで、大きくなる傾向にある。このためタトラの一部を除いて高級車で空冷エンジンを採用した車両はない。
高度に進化した現代の自動車においては、水漏れの心配がないこと以外に空冷エンジンを採用するメリットはないが、旧車など、趣味の世界では空冷エンジン独特の冷却ファンの音を好む愛好家は多く、その希少性からも依然として根強い人気がある。
航空機.