Rudolf Diesel patenteerde zijn motor in 1892. Deze werkt anders dan een benzinemotor. In plaats van brandstof en lucht te mengen en te ontsteken met een vonk, comprimeert een dieselmotor de lucht zo sterk dat deze heet genoeg wordt om de brandstof bij contact te ontsteken. De compressieverhouding is veel hoger, doorgaans 14:1 tot 25:1, vergeleken met 8:1 tot 12:1 voor benzinemotoren. Dit geeft dieselmotoren meer koppel en een lager brandstofverbruik.

De motor heeft geen bougies. Hij heeft brandstofinjectoren die diesel rechtstreeks op het juiste moment in de verbrandingskamer spuiten. De brandstof ontbrandt door de hitte van de compressie. De verbranding is ongelijkmatig en lawaaierig, vandaar het ratelende geluid van dieselmotoren. Moderne common-rail injectie en turbocompressie hebben ze stiller, schoner en krachtiger gemaakt.

Dieselmotoren worden veel gebruikt in vrachtwagens, bussen, schepen, treinen en zwaar materieel. Ze zijn ook populair in personenauto's in Europa, waar de brandstofaccijnzen diesel bevoordelen. In de Verenigde Staten vormen dieselauto's een nichemarkt, mede door het Volkswagen-emissieschandaal, waarbij bleek dat sommige auto's de emissietests hadden gemanipuleerd.

Dieseluitlaatgassen bevatten stikstofoxiden en fijnstof, die de luchtkwaliteit aantasten. Moderne systemen gebruiken selectieve katalytische reductie, dieselroetfilters en uitlaatgasrecirculatie om de uitstoot te verminderen. De motoren zijn efficiënt, maar zonder nabehandeling zijn ze niet schoon.