Rudolf Diesel patentó su motor en 1892. Su funcionamiento es diferente al de un motor de gasolina. En lugar de mezclar combustible y aire e encenderlo con una chispa, un motor diésel comprime el aire hasta que alcanza la temperatura suficiente para encender el combustible al contacto. La relación de compresión es mucho mayor, generalmente de 14:1 a 25:1, en comparación con las 8:1 a 12:1 de los motores de gasolina. Esto proporciona a los motores diésel mayor par motor y una mejor eficiencia de combustible.

El motor no tiene bujías. Cuenta con inyectores de combustible que pulverizan diésel directamente en la cámara de combustión en el momento preciso. El combustible se enciende por el calor de la compresión. La combustión es irregular y ruidosa, por lo que los motores diésel producen ese característico traqueteo. La inyección common-rail moderna y la turbocompresión los han hecho más silenciosos, limpios y potentes.

Los motores diésel son comunes en camiones, autobuses, barcos, trenes y maquinaria pesada. También son populares en turismos en Europa, donde los impuestos sobre el combustible favorecen al diésel. En Estados Unidos, los coches diésel constituyen un nicho de mercado, en parte debido al escándalo de las emisiones de Volkswagen, que reveló que algunos vehículos habían manipulado las pruebas de emisiones.

Los gases de escape diésel contienen óxidos de nitrógeno y partículas que perjudican la calidad del aire. Los sistemas modernos utilizan reducción catalítica selectiva, filtros de partículas diésel y recirculación de gases de escape para su limpieza. Los motores son eficientes, pero no generan emisiones limpias sin un tratamiento posterior.