Η καύση ντίζελ χρησιμοποιεί τη θερμική ενέργεια που δημιουργείται από τη συμπίεση του αέρα και του καυσίμου για να δημιουργήσει μια ανάφλεξη. Αυτή η ανάφλεξη οδηγεί στην καύση του καυσίμου που εγχέεται μέσα σε ένα θάλαμο καύσης του κινητήρα. Διαφέρει από την καύση βενζίνης, η οποία χρησιμοποιεί την καύση αέρα και καυσίμου που αναφλέγεται από ένα μπουζί. Ένας κινητήρας ντίζελ λειτουργεί είτε με δίχρονη είτε με τετράχρονη μέθοδο και χρησιμοποιεί καύσιμο εξευγενισμένο από πετρέλαιο, βιομάζα, απόβλητα πετρελαίου ή άλλες πηγές.
Το μείγμα αέρα και καυσίμου είναι πολύ σημαντικό για την αποτελεσματική λειτουργία της καύσης ντίζελ. Ο αέρας συμπιέζεται σε ένα θάλαμο καύσης με πίεση περίπου 600 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα (περίπου 40 bar). Λόγω της απόλυτης συμπίεσης, ο αέρας εντός του θαλάμου θερμαίνεται περίπου στους 1000°F (περίπου 550°C).
Στη συνέχεια, το καύσιμο ντίζελ ωθείται στον θάλαμο με τον πεπιεσμένο αέρα χρησιμοποιώντας ένα μπεκ ψεκασμού καυσίμου. Ο ίδιος ο εγχυτήρας διασπά το καύσιμο σε μικροσκοπικά σταγονίδια, διασφαλίζοντας ότι κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο τον θάλαμο. Η θερμότητα εξατμίζει τα σταγονίδια, προκαλώντας καύση και η πίεση ωθεί το έμβολο προς τα έξω, τροφοδοτώντας τον στροφαλοφόρο άξονα. Αυτό δίνει στον κινητήρα ντίζελ τον τυπικό ήχο «χτυπήματος».
Το πλεονέκτημα της συμπίεσης ντίζελ είναι το γεγονός ότι το σύστημα λειτουργεί χωρίς ξεχωριστό σύστημα ανάφλεξης, όπως συμβαίνει στους βενζινοκινητήρες. Το επίπεδο συμπίεσης μπορεί να αυξηθεί σε έναν κινητήρα ντίζελ προκειμένου να αυξηθεί η απόδοση του καυσίμου. Αυτό μπορεί να συμβεί χωρίς την απειλή βλάβης στον κύλινδρο. Επιπλέον, το γεγονός ότι μόνο ο αέρας συμπιέζεται πριν από την εισαγωγή καυσίμου σημαίνει ότι δεν υπάρχει κίνδυνος πρόωρης έκρηξης, προκαλώντας και πάλι ζημιά στον κινητήρα.
Ο κινητήρας ντίζελ εφευρέθηκε στα τέλη του 1800. Έχοντας αγάπη για το σχεδιασμό του κινητήρα, ο μηχανικός ψυγείων Rudolf Diesel άρχισε να εξερευνά την ιδέα του κινητήρα εσωτερικής καύσης στα τέλη της δεκαετίας του 1880. Ο Diesel ανέπτυξε τον πρώτο κινητήρα που λειτουργούσε χωρίς σπινθήρα και κατέθεσε δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1894. Μέσα σε τρία χρόνια, απέδειξε με επιτυχία τη δύναμη και την αποτελεσματικότητα της καύσης ντίζελ. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας εγκρίθηκε το 1898.
Η ανακάλυψη και η επακόλουθη εφεύρεση του Diesel ήταν η πρώτη που ασχολήθηκε με τους νόμους της θερμοδυναμικής σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης. Η καύση ντίζελ χρησιμοποιεί τη φυσική φυσική διαδικασία μεταφοράς θερμότητας που ήταν ένας πολύ δημιουργικός τρόπος για τη χρονική περίοδο. Επιπλέον, ο εφευρέτης είχε μια συνολική κοινωνιολογική πρόθεση: Η Diesel ήθελε ο κινητήρας να βοηθήσει την ανεξάρτητη βιομηχανία να είναι σε θέση να ανταγωνιστεί μεγαλύτερες επιχειρήσεις.