Rudolf Diesel și-a brevetat motorul în 1892. Acesta funcționează diferit față de un motor pe benzină. În loc să amestece combustibilul cu aerul și să îl aprindă cu o scânteie, un motor diesel comprimă aerul atât de mult încât acesta devine suficient de fierbinte pentru a aprinde combustibilul la contact. Raportul de compresie este mult mai mare, de obicei 14:1 până la 25:1, comparativ cu 8:1 până la 12:1 pentru benzină. Acest lucru oferă motoarelor diesel un cuplu mai mare și o eficiență mai bună a consumului de combustibil.

Motorul nu are bujii. Are injectoare de combustibil care pulverizează motorină direct în camera de ardere la momentul potrivit. Combustibilul se aprinde din căldura compresiei. Arderea este neuniformă și zgomotoasă, motiv pentru care motoarele diesel zgomotează. Injecția common-rail modernă și turbocompresiunea le-au făcut mai silențioase, mai curate și mai puternice.

Motoarele diesel sunt comune în camioane, autobuze, nave, trenuri și echipamente grele. De asemenea, sunt populare în autoturismele din Europa, unde taxele pe combustibil favorizează motorina. În Statele Unite, mașinile diesel reprezintă o nișă de piață, parțial din cauza scandalului emisiilor Volkswagen, care a dezvăluit că unele mașini au trișat la testele de emisii.

Gazele de eșapament diesel conțin oxizi de azot și particule în suspensie, care dăunează calității aerului. Sistemele moderne utilizează reducerea catalitică selectivă, filtrele de particule diesel și recircularea gazelor de eșapament pentru a le curăța. Motoarele sunt eficiente, dar nu sunt curate fără posttratare.