Rudolf Diesel mematenkan mesinnya pada tahun 1892. Cara kerjanya berbeda dari mesin bensin. Alih-alih mencampur bahan bakar dan udara lalu menyalakannya dengan percikan api, mesin diesel memampatkan udara sedemikian rupa sehingga menjadi cukup panas untuk menyalakan bahan bakar saat bersentuhan. Rasio kompresinya jauh lebih tinggi, biasanya 14:1 hingga 25:1, dibandingkan dengan 8:1 hingga 12:1 untuk bensin. Hal itu memberi mesin diesel torsi yang lebih besar dan efisiensi bahan bakar yang lebih baik.

Mesin ini tidak memiliki busi. Ia menggunakan injektor bahan bakar yang menyemprotkan solar langsung ke ruang pembakaran pada saat yang tepat. Bahan bakar terbakar karena panas kompresi. Pembakarannya tidak merata dan berisik, itulah sebabnya mesin diesel berbunyi berisik. Injeksi common-rail dan turbocharging modern telah membuatnya lebih senyap, lebih bersih, dan lebih bertenaga.

Mesin diesel umum digunakan pada truk, bus, kapal, kereta api, dan alat berat. Mesin ini juga populer di mobil penumpang di Eropa, di mana pajak bahan bakar lebih menguntungkan diesel. Di Amerika Serikat, mobil diesel merupakan pasar khusus, sebagian karena skandal emisi Volkswagen, yang mengungkapkan bahwa beberapa mobil melakukan kecurangan dalam uji emisi.

Gas buang diesel mengandung nitrogen oksida dan partikel, yang merusak kualitas udara. Sistem modern menggunakan reduksi katalitik selektif, filter partikulat diesel, dan resirkulasi gas buang untuk membersihkannya. Mesinnya efisien, tetapi tidak bersih tanpa pengolahan gas buang.