Rudolf Diesel patenterte motoren sin i 1892. Den fungerer annerledes enn en bensinmotor. I stedet for å blande drivstoff og luft og antenne det med en gnist, komprimerer en dieselmotor luften så mye at den blir varm nok til å antenne drivstoffet ved kontakt. Kompresjonsforholdet er mye høyere, vanligvis 14:1 til 25:1, sammenlignet med 8:1 til 12:1 for bensin. Det gir dieselmotorer mer dreiemoment og bedre drivstoffeffektivitet.

Motoren har ingen tennplugger. Den har drivstoffinjektorer som sprøyter diesel direkte inn i forbrenningskammeret i riktig øyeblikk. Drivstoffet antennes av kompresjonsvarmen. Forbrenningen er ujevn og støyende, og det er derfor dieselmotorer klaprer. Moderne common-rail-innsprøytning og turbolading har gjort dem stillere, renere og kraftigere.

Dieselmotorer er vanlige i lastebiler, busser, skip, tog og tungt utstyr. De er også populære i personbiler i Europa, hvor drivstoffavgifter favoriserer diesel. I USA er dieselbiler et nisjemarked, delvis på grunn av Volkswagen-utslippsskandalen, som avslørte at noen biler jukset med utslippstester.

Dieseleksos inneholder nitrogenoksider og partikler, som skader luftkvaliteten. Moderne systemer bruker selektiv katalytisk reduksjon, dieselpartikkelfiltre og eksosgassresirkulering for å rense det opp. Motorene er effektive, men de er ikke rene uten etterbehandling.