Polttoainejärjestelmä sisältää koko järjestelmän, joka kuljettaa moottoriin polttoainetta. Diesel-ja bensiinikäyttöisten autojen polttoainejärjestelmien välillä on eroja. Dieselmoottoreissa polttoaineen ja ilman seosta tuotetaan polttokammiossa, mutta klassisissa bensiinimoottoreissa se tapahtuu kaasuttimissa. Sen lisäksi nykyaikaisissa autoissa nykyään käytetään suorasuihkutus.

Jotta polttoaine siirretäisi, polttoainejärjestelmä on varustettu sähköisellä pumpulla. Pumppu imee polttoainetta polttoainesäiliöstä ja toimittaa sen polttoainesuodattimelle. Suodatin poistaa epäpuhtauksia polttoaineesta. Sitten seuraa kaasutin tai suorasuihkutus. Jos järjestelmässä on vuoto, polttoaine tippuu maalle. Jos on muita ongelmia polttoainejärjestelmässä, se voi aiheuttaa tehon alentamista tai sen täyttä häviämistä.