发动机启动可以分为三个阶段：建立喷油压力阶段；发动机控制单元判缸点火阶段；点火成功转换为怠速阶段。
发动机在启动点火前必须先建立喷油压力，直喷发动机的燃油都是以一定的压力喷入气缸，从而能够更好的雾化并和空气充分均匀的混合，这一压力值根据标定工况和条件的不同而改变。不论是汽油泵还是柴油泵，都是直接由发动机曲轴端的齿轮带动，油泵转动后从油箱将燃油吸取并输送至封闭的导轨内建立压力，通常燃油泵不到1秒钟就能建立数百巴的压力值，从而满足喷油和雾化的需要。当油压达到喷油压力以后，出于启动状态的发动机将开始喷油，燃油喷入气缸经由火花塞点火后开始燃烧，为启动提供动力。
发动机点火时需要判别各气缸的点火顺序并确定点火提前角，以直列4缸发动机为例，通常人为规定靠近风扇端为第一缸，点火顺序为一、三、四、二，所以发动机在第一缸点火完成后就会按顺序对三、四、二刚进行点火，时间间隔为曲轴180度角的旋转时间。那么发动机是怎么判断四个气缸的特定身份的呢，这里离不开两个传感器：曲轴转速传感器和凸轮转速传感器。曲轴和凸轮转速传感器通常为霍尔式，利用特定区域的磁场变化会在相应的回路产生感应电流的原理。通常曲轴传感器端的齿轮有60个均匀分布的凸齿，并将其中相邻的2个凸齿去除，而凸轮则通常为Z+1个凸齿，Z为气缸数。当曲轴带动凸轮旋转时，两轴端的凸齿经过各自的霍尔传感器，就会产生感应电流。发动机一个工作循环，曲轴旋转2圈720度传感器会有116个感应电流信号，凸轮旋转一圈360度会有5个感应电流信号。四个气缸的上止点所在位置，则根据曲轴缺齿信号和凸轮齿信号距离上止点的角度值就可以确定，在某一时刻，当发动机控制单元检测到两个传感器发送的信号，就可任意根据标定的角度值判断某一缸是否即将到达上止点位置，并进行喷油和点火。判缸结束后，发动机还需要根据特定的环境温度、大气压等确定点火提前角，也就是说，发动机点火并非当活塞出于气缸上止点位置，而是根据需要提前或延后一定的角度，这些数值都将根据不同的条件进行特定的角度值标定，所以，发动机启动时真正的点火角度应该出于上止点附近某一范围。
启动过程中，发动机的最初状态是静止的，需要由启动电机带动发动机旋转。当钥匙旋转至点火档位并保持，则启动电机控制电路的主继电器吸合，电机通电后开始旋转，从而凸轮轴和曲轴在电机带动下一起转动，传感器信号也会产生相应的感应信号。启动电机转速会有一个设定值，在电机带动发动机不断加速过程中，可以将发动机的状态根据速度值分为三个阶段。第一个阶段是发动机喷油阶段，现在的发动机多数为缸内直喷，发动机需要加速到一直转速才能带动输油泵建立足够的压力，这个压力值能够很好的雾化燃油，喷入气缸后才能很好的和空气均匀混合并燃烧。在发动机转速没有达到喷油转速前，发动机自身是没有动力产生和输出的，只能由电机带动。第二个阶段为启动成功阶段，发动机一旦达到喷油转速后，就能利用燃烧产生的能量为启动提供动力，所以最终转速会超过电机的设定转速。但是，这阶段发动机的转速总体较低，燃烧不稳定，即便超过电机转速也有熄火的可能，所以发动机控制单元设置了一个转速值，并认为发动机启动转速超过这个值以后就已经成功启动了。第三阶段为怠速阶段，发动机达到启动成功转速值以后，如果驾驶员没有踩油门踏板，则发动机会由启动状态转换到怠速状态。在这两个状态的转换过程中，发动机转速会进一步增加，并由控制单元进行闭环控制使之能够快速、准确、稳定的达到怠速转速，通常发动机会在短时间的速度波动后，最终平稳的以怠速转速运行。
