Rudolf Diesel patenterede sin motor i 1892. Den fungerer anderledes end en benzinmotor. I stedet for at blande brændstof og luft og antænde det med en gnist, komprimerer en dieselmotor luften så meget, at den bliver varm nok til at antænde brændstoffet ved kontakt. Kompressionsforholdet er meget højere, typisk 14:1 til 25:1, sammenlignet med 8:1 til 12:1 for benzin. Det giver dieselmotorer mere drejningsmoment og bedre brændstofeffektivitet.

Motoren har ingen tændrør. Den har brændstofindsprøjtningsdyser, der sprøjter diesel direkte ind i forbrændingskammeret i det rette øjeblik. Brændstoffet antændes af kompressionsvarmen. Forbrændingen er ujævn og støjende, hvilket er grunden til, at dieselmotorer klaprer. Moderne common-rail-indsprøjtning og turboladning har gjort dem mere støjsvage, renere og mere kraftfulde.

Dieselmotorer er almindelige i lastbiler, busser, skibe, tog og tungt udstyr. De er også populære i personbiler i Europa, hvor brændstofafgifter favoriserer diesel. I USA er dieselbiler et nichemarked, delvist på grund af Volkswagen-emissionsskandalen, som afslørede, at nogle biler snød i emissionstests.

Dieseludstødning indeholder nitrogenoxider og partikler, som skader luftkvaliteten. Moderne systemer bruger selektiv katalytisk reduktion, dieselpartikelfiltre og recirkulation af udstødningsgas til at rense det op. Motorerne er effektive, men de er ikke rene uden efterbehandling.