鲁道夫·狄塞尔于1892年获得了他的发动机专利。它的工作原理与汽油发动机截然不同。汽油发动机是将燃料和空气混合后用火花点燃，而柴油发动机则是将空气压缩到极高的温度，使其与燃料接触后即可点燃。柴油发动机的压缩比远高于汽油发动机，通常为14:1至25:1，而汽油发动机的压缩比则为8:1至12:1。这使得柴油发动机拥有更大的扭矩和更高的燃油效率。

这种发动机没有火花塞，而是通过燃油喷射器在合适的时机将柴油直接喷入燃烧室。燃油在压缩产生的热量下燃烧。燃烧不均匀且噪音较大，这就是柴油发动机发出咔嗒声的原因。现代共轨喷射和涡轮增压技术使柴油发动机更加安静、清洁且动力更强劲。

柴油发动机广泛应用于卡车、公共汽车、船舶、火车和重型设备。在欧洲，柴油车也很受欢迎，因为欧洲的燃油税政策对柴油车更有利。在美国，柴油车市场较为小众，部分原因是大众汽车排放丑闻，该丑闻揭露了一些车辆在排放测试中作弊。

柴油机尾气中含有氮氧化物和颗粒物，会污染空气质量。现代的尾气处理系统采用选择性催化还原、柴油颗粒过滤器和废气再循环等技术来净化尾气。虽然柴油发动机效率很高，但如果没有尾气处理系统，排放物并不清洁。