حصل رودولف ديزل على براءة اختراع محركه عام ١٨٩٢. ويختلف هذا المحرك عن محرك البنزين في طريقة عمله. فبدلاً من خلط الوقود والهواء وإشعالهما بشرارة، يقوم محرك الديزل بضغط الهواء لدرجة حرارة عالية جداً تجعله قادراً على إشعال الوقود بمجرد ملامسته. وتكون نسبة الضغط أعلى بكثير، حيث تتراوح عادةً بين ١٤:١ و ٢٥:١، مقارنةً بنسبة تتراوح بين ٨:١ و ١٢:١ في محركات البنزين. وهذا ما يمنح محركات الديزل عزم دوران أكبر وكفاءة أفضل في استهلاك الوقود.

لا يحتوي المحرك على شمعات احتراق. بل يحتوي على حاقنات وقود ترش الديزل مباشرةً في غرفة الاحتراق في اللحظة المناسبة. يشتعل الوقود بفعل حرارة الضغط. يكون الاحتراق غير منتظم ومزعجًا، ولهذا السبب تُصدر محركات الديزل صوت طقطقة. أما أنظمة الحقن الحديثة بالسكك المشتركة والشحن التوربيني فقد جعلتها أكثر هدوءًا ونظافةً وقوةً.

تُستخدم محركات الديزل بكثرة في الشاحنات والحافلات والسفن والقطارات والمعدات الثقيلة. كما أنها شائعة الاستخدام في سيارات الركاب في أوروبا، حيث تُشجع ضرائب الوقود على استخدام الديزل. أما في الولايات المتحدة، فتُعتبر سيارات الديزل سوقًا متخصصة، ويعود ذلك جزئيًا إلى فضيحة انبعاثات فولكس فاجن، التي كشفت عن تلاعب بعض السيارات في اختبارات الانبعاثات.

يحتوي عادم الديزل على أكاسيد النيتروجين وجزيئات دقيقة، مما يضر بجودة الهواء. تستخدم الأنظمة الحديثة الاختزال التحفيزي الانتقائي، وفلاتر جزيئات الديزل، وإعادة تدوير غاز العادم لتنقيته. المحركات فعالة، لكنها لا تُعتبر نظيفة بدون معالجة لاحقة.