Dopo aver condotto una serie di ricerche sul funzionamento del motore a gas illuminante inventato da Étienne Lenoir, Otto si dedicò alla realizzazione di esperimenti sui motori a combustione interna.
Assieme all'ingegner Eugen Langen, fondò una ditta, la N. A. Otto & Cie progenitrice dell'attuale Deutz AG, che nel 1866 produsse il primo modello di motore monocilindrico a due tempi, che presentava un consumo molto più basso di quello del motore di Lenoir.
