魯道夫·狄塞爾於1892年獲得了他的引擎專利。它的工作原理與汽油引擎截然不同。汽油引擎是將燃料和空氣混合後用火花點燃，而柴油引擎則是將空氣壓縮到極高的溫度，使其與燃料接觸後即可點燃。柴油引擎的壓縮比遠高於汽油發動機，通常為14:1至25:1，而汽油引擎的壓縮比則為8:1至12:1。這使得柴油引擎擁有更大的扭力和更高的燃油效率。

這種引擎沒有火星塞，而是透過燃油噴射器在適當的時機將柴油直接噴入燃燒室。燃油在壓縮產生的熱量下燃燒。燃燒不均勻且噪音較大，這就是柴油引擎發出咔嗒聲的原因。現代共軌噴射和渦輪增壓技術使柴油引擎更加安靜、清潔且動力更強勁。

柴油引擎廣泛應用於卡車、巴士、船舶、火車和重型設備。在歐洲，柴油車也很受歡迎，因為歐洲的燃油稅政策對柴油車更有利。在美國，柴油車市場較為小眾，部分原因是大眾汽車排放醜聞，揭露了一些車輛在排放測試中作弊。

柴油引擎廢氣含有氮氧化物和微粒，會污染空氣品質。現代化的廢氣處理系統採用選擇性催化還原、柴油微粒過濾器和廢氣再循環等技術來淨化廢氣。雖然柴油引擎效率很高，但如果沒有廢氣處理系統，排放物並不清潔。