Istotą ulepszenia jest pozostawienie zaworu dolotowego otwartego dłużej niż w analogicznym silniku Otta lub Diesla. W efekcie suw sprężania można podzielić na dwa etapy - w pierwszym zawór jest otwarty, a w drugim zamknięty. Niekiedy spotyka się określenie piąty suw opisujące dwa różne etapy suwu sprężania.
Tłok poruszający się do góry przy otwartym zaworze dolotowym spowodowałby wypychanie ładunku z komory silnika, co zmniejszyłoby ciśnienie sprężania i doprowadziło do utraty części mocy. Aby temu zaradzić, stosuje się doładowanie silnika za pomocą sprężarki, zwiększającej ciśnienie powietrza na układzie dolotowym i w rezultacie pozwala uzyskać odpowiedni stopień sprężania.
Suw "właściwego sprężania" rozpoczyna się po zamknięciu zaworu ssania, w momencie przebycia przez tłok ok. 20 - 30 % drogi między jego skrajnymi położeniami. Tak więc silnik Millera uzyskuje takie samo ciśnienie sprężania jakie uzyskałby tradycyjny silnik czterosuwowy, lecz wykorzystuje do tego jedynie 70 - 80 % potrzebnej energii. Zysk istnieje tylko wtedy, gdy energia zużywana przez sprężarkę doładowującą jest mniejsza niż energia, której potrzebowałby tłok na sprężenie tej samej jego ilości.