Otto çevrimi termodinamik verimlilik hesabı, ideal çevrimin teorik sınırlarını gerçek motor davranışından ayıran kritik analitik adımdır. İdeal Otto çevriminde termal verimlilik yalnızca sıkıştırma oranının (r) bir fonksiyonu olarak ifade edilir: η_th = 1 - (1/r^(γ-1)); burada γ özgül ısı oranıdır. Teorik düzeyde sıkıştırma oranı arttıkça verimlilik monoton biçimde yükselir. Gerçek motorlar ise Otto çevrimi termodinamik verimlilik modelinden üç temel nedenle sistematik biçimde sapar. Pertama, yanma süreci anlıklık (instantaneous heat release) varsayımıyla yürütülmez; ateşlemeden sonra gaz genişlemesi devam ederken yanma tamamlanmaktadır ve gerçek basınç-hacim diyagramı idealden belirgin biçimde ayrışır. İkincisi, çalışma gazının termofiziksel özellikleri (γ ve spesifik ısı kapasitesi) sıcaklıkla değişir; yüksek yanma sıcaklıklarında γ düşer ve bu verimlilik kaybı anlamına gelir. Üçüncüsü, sürtünme kayıpları, soğutma sistemiyle olan ısı transferi ve egzozla taşınan entalpi mekanik ve termal verimliliği azaltır. Otto çevrimi termodinamik verimlilik değerlendirmesinde farkların nicelleştirilmesi için indikatör verimlilik (indicated thermal efficiency) kullanılır: silindir içindeki anlık basınç-hacim ölçümünden elde edilen indikatör iş, ideal çevrimin teorik işiyle karşılaştırılır. Tipik modern bujili motorlarda indikatör termal verimlilik %35-42 aralığında seyrederken ideal Otto çevrimi r=10 ve γ=1.35 için yaklaşık %47 verimlilik öngörür. Bu fark yalnızca yanma ve ısı transfer kayıplarından değil; kısma kayıpları (pumping losses), egzoz kapanma zamanlaması ve reziküel gaz içeriğinden de kaynaklanır.