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由於不同車企車型的市場定位、工藝技術存在差異，回答這一問題的前提需要設立在同一品牌同款車型基礎之上。
同品牌同款車型，在整備質量相同，發動機的熱效率、壓縮比等也執行一樣的技術標準，並且不考慮風阻係數的細微變化以及變速箱、輪胎等配套件的匹配效果或性能差異；那麼，發動機排量的大小對整車綜合油耗（鬧市、郊區、高速平均綜合工況）的影響就會極其有限。
理論上講，在能量轉化效率相同條件下，單位時間內行駛多少公裡需要消耗多少能量是一定的，不同排量發動機需要做的功是一致的，油耗自然不會有差別。
但是，現實生活中我們的日常出行環境並不會那麼均衡，有人擁堵的鬧市居多，有人郊區鄉野居多，有人長途高速居多。而由於發動機排量大小不同，功率、扭矩等性能指標不同，發動機維持運行需要的功不同，在不同的具體使用場景中會體現出不同的油耗水平。
怠速時，排量大的發動機運行結構件大，摩擦力大，油耗高。
平路低速狀態時，整車行駛不需要太大的功即可維持，排量小的車型油耗低。
質量不變前提下，發動機排量大小會不會影響油耗表現？
經濟時速時，單位時間內排量小的油耗低；但因其經濟時速也低，相同距離需要行駛更長時間，油耗與排量大車型相差無幾。
長途高速同等車速時，排量小的車型發動機轉速高，燃油噴燃頻率高同時噴油量大，這就意味著小排量發動機車型油耗高。
另外，從靜止到起步狀態沒有慣性推力，或急加速時，整車運行需要較大功率與扭矩支持，小排量發動機瞬時轉速太高，油耗也高。
當然，隨著技術的進步，大排量發動機車型也能做到與小排量發動機車型相當甚或更低的油耗。比如有獨家黑科技「i-stop」支持的馬自達阿特茲2.5L車型與2.0L車型的油耗就極其接近；而雪佛蘭邁銳寶XL搭載2.0T三段式智能變缸發動機的車型甚至比普通1.3T發動機的車型更省油。
值得警惕的是，許多車企為了最大程度節約成本，降低車型的起售價格，在不少車型上投機取巧應用了與車型不相符的超小排量發動機，甚至迷你三缸發動機，還往往與媒體「強強聯合」厚顏無恥地宣揚小排量發動機車型不僅便宜、省油而且能做到大排量發動機的動力等等，勾引不懂車的中國消費者為其捐錢。
事實上，這類車型除了能讓人以較低的價格買到相同外殼的車型之外，一無是處。
省油嗎？不省！動力好嗎？不好！保值率差嗎？很差！
買車，一定要務實，省油不是終極目的，滿足需求幸福生活才是。有什麼樣的駕乘需求和什麼樣的資金預算，在什麼樣的交通環境中行駛，等等條件下購買合適的車型，不為自己和家庭增加財政或是心理壓力才是明智之舉。