Nelitahtimoottori tai puhekielellä nelitahtimoottori on nelitahtisella mäntäpolttomoottori. Tämä tarkoittaa, että moottorin työjakso tapahtuu neljän männän iskun ja kahden kampiakselin kierroksen aikana.

Työsyklit vaihtelevat hieman kipinä- ja dieselmoottoreilla riippuen siitä, kuinka seos sytytetään. Katsotaanpa, kuinka bensiini-nelitahtimoottori ja diesel-nelitahtimoottori toimivat.