最初汪克爾所發(fā)明的汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)專利權(quán)原是屬于德國NSU車廠擁有，雖然1960年1月19日汪克爾在德國工程師學(xué)會(huì)（Verein Deutscher Ingenieure，?？s寫成VDI）的會(huì)議上向世人公開發(fā)表這具無活塞回轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的新發(fā)明，吸引了包括美國通用汽車（General Motor）、德國戴姆勒·奔馳（Daimler Benz）和日本豐田（Toyota）等車廠的目光，但經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)量產(chǎn)實(shí)用化的困難度比預(yù)期還要高后，他們紛紛打了退堂鼓。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，位于廣島市有一座幟町廣島和平紀(jì)念教堂（（日文）幟町広島平和記念圣堂），其教會(huì)鐘樓的和平之鐘乃當(dāng)時(shí)的德國總理康拉德·阿登納（Konrad Adenauer）贈(zèng)送，于是透過康拉德·阿登納的這層關(guān)系與NSU車廠搭上線。在1961年2月為了簽約取得專利授權(quán)許可，馬自達(dá)接受的苛刻條件如下：

1. 10年的簽約金額為2億8千萬日?qǐng)A，當(dāng)時(shí)約可支付馬自達(dá)8,000位員工的一個(gè)月薪資。
2. 馬自達(dá)必須無條件提供產(chǎn)品專利權(quán)給NSU車廠。
3. 每一輛搭載汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車上市后，須向NSU車廠交付權(quán)利金。

同年7月該公司指派8位技術(shù)人員遠(yuǎn)赴當(dāng)時(shí)位于西德的NSU車廠接受技術(shù)細(xì)節(jié)的培訓(xùn)，其中包括后來被任命為“RE研究部”部長的山本健一。NSU車廠人員在運(yùn)轉(zhuǎn)的汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)上置放一枚銅板卻屹立不倒，向馬自達(dá)的技師們展示這具發(fā)動(dòng)機(jī)的靜肅性。不過他們稍后卻發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，轉(zhuǎn)子室缸壁會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子頂點(diǎn)菱封所造成的波狀磨痕；解決此問題才能正式實(shí)用量產(chǎn)化。1963年（昭和38年）馬自達(dá)成立“RE研究部”，并任命山本健一率領(lǐng)46位工程師研究改良汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)。此47人后來被稱呼為“轉(zhuǎn)子四十七士”（（日文）ロータリー47士），含有仿效赤穗四十七浪士不成功便成仁的意涵[5]。在此同時(shí)，因面臨乘用汽車進(jìn)口自由化的壓力，日本通商產(chǎn)業(yè)省于1965年主動(dòng)提出整并國內(nèi)汽車界的構(gòu)想。屈迫于這種被合并的危機(jī)，當(dāng)時(shí)松田恒次社長提出“技術(shù)永遠(yuǎn)是革新”（（日文）技術(shù)は永遠(yuǎn)に革新である）的口號(hào)，更激發(fā)RE研究部的決心。

由于汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造獨(dú)特，轉(zhuǎn)子以偏心圓的方式在橢圓形空間里回轉(zhuǎn)。為了讓它的三個(gè)面與缸壁之間保有一定的氣密性，其三個(gè)端點(diǎn)必須裝設(shè)一種由“菱封”（apex seal）與“角封”（corner seal）組成的的立體機(jī)構(gòu)。菱封的作用類似活塞環(huán)，內(nèi)部的彈簧片會(huì)配合菱封與缸壁間的空隙伸縮。經(jīng)過日積月累的偏心圓運(yùn)轉(zhuǎn)，菱封對(duì)缸壁會(huì)造成波狀刮傷（chatter mark，被戲稱為“惡魔的爪痕devil's fingernails”）。換句話說，改善菱封材質(zhì)的進(jìn)程儼然為汪克爾發(fā)動(dòng)機(jī)的改良發(fā)展史。

這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過不斷的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，波狀磨痕的間隙與菱封固有震動(dòng)數(shù)值相同，因此他們改變菱封的形狀，在接近頂端處橫向開孔，并在交叉方向另開一縱向孔，稱為交叉孔（cross hollow）菱封。實(shí)驗(yàn)證實(shí)菱封與缸壁的共振頻率被改變，300小時(shí)內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)波狀磨痕，總算初步解決這個(gè)問題。接著1964年夏天日本碳素公司（（日文）日本カーボン株式會(huì)社）開發(fā)出新碳素材料，馬自達(dá)遂以混入碳素的鋁合金材質(zhì)取代原先的菱封材質(zhì)。1967年5月上市的Cosmo Sport即采用碳鋁材質(zhì)制成的菱封，成為世界上第一部將轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用化的量產(chǎn)汽車。

1960年代起，美國洛杉磯盆地地區(qū)陸續(xù)發(fā)生空氣污染而造成天空籠罩白灰塵沙，美國聯(lián)邦政府自1965年起實(shí)施汽車空氣污染管制法（Motor Vehicle Air Pollution Control Act of 1965）。因轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造特殊，產(chǎn)生的氮氧化物（oxides of nitrogen，簡稱NOx）很少，但相對(duì)地會(huì)增多碳?xì)浠衔铮╤ydrocarbons，簡稱HC）。為了順利通過最大市場(chǎng)美國的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，馬自達(dá)采取“溫控反應(yīng)器”（thermal reactor）將廢氣中殘余的碳?xì)浠衔锘旌峡諝夂蛟俣热紵?，使得轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)車種于1969年10月正式登陸美國市場(chǎng)。然而1970年12月美國國會(huì)又通過由埃德蒙·馬斯基（Edmund Muskie）提案、俗稱“馬斯基法案”的修正清潔空氣法（Clean Air Act Amendments of 1970），限制1975年后在美國銷售的汽車必須將碳?xì)浠衔餃p少至現(xiàn)行十分之一以下。馬自達(dá)的技術(shù)人員立刻著手改良此一問題，并于1973年2月于美國市場(chǎng)推出油耗表現(xiàn)較佳、空氣污染較輕微的REAPS（Rotary Engine Anti-Pollution System的縮寫）型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)搭載車款第二代Luce。

除此之外，轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)要克服的課題還包括油耗表現(xiàn)與低速扭力問題。先前量產(chǎn)的13B-REW型轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)之進(jìn)、排氣埠都是使用“外環(huán)氣埠”（peripheral port），造成混合的燃油與空氣在低轉(zhuǎn)速域間無法充分燃爆，甚至不易點(diǎn)燃。因此為了解決油耗表現(xiàn)與低速扭力的問題，馬自達(dá)自13B-MSP Renesis型開始將原本位于轉(zhuǎn)子外殼圓周的進(jìn)、排氣埠移到側(cè)邊，稱之為“側(cè)邊氣埠”（side port）。另外，點(diǎn)火系統(tǒng)改為雙火星塞設(shè)計(jì)，提升燃油與空氣混合的點(diǎn)火效率。所以這些改良措施提高了轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭力表現(xiàn)，也解決了油耗問題。

1991年馬自達(dá)開發(fā)并測(cè)試了第一輛氫動(dòng)力轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)原型車，名為馬自達(dá)HR-X；1993年更發(fā)表了改良過的馬自達(dá)HR-X2。后來在2004年的底特律國際車展上，馬自達(dá)介紹了RX-8 Hydrogen RE（RE就是rotary engine之縮寫）概念車，這是一部氫氣及汽油雙燃料轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)車。2006年2月時(shí)，日本國土交通省批準(zhǔn)了RX-8 Hydrogen RE的租賃業(yè)務(wù)，馬自達(dá)生產(chǎn)了一批此型的RX-8交付給巖谷產(chǎn)業(yè)、出光興產(chǎn)等兩家公司使用。而在2009年4月，馬自達(dá)參加了挪威的HyNor計(jì)劃（在挪威首都奧斯陸至西岸沿海的Stavanger之間，打造一條580公里長的氫氣實(shí)驗(yàn)道路，于沿途設(shè)置氫氣加氣站，以利氫氣動(dòng)力車輛補(bǔ)充燃料），交付30輛氫氣燃料車進(jìn)行實(shí)路測(cè)試。