موتور دیزل دارای بالاترین راندمان حرارتی (بهره وری موتور) از هر موتور احتراق داخلی یا خارجی عملی به دلیل نسبت انبساط بسیار بالا و سوختگی ذاتی است که باعث اتلاف گرما توسط هوای اضافی می شود.

موتورهای دیزلی ممکن است با چرخه احتراق دو زمانه یا چهار زمانه طراحی شوند.

انها در اصل به عنوان یک جایگزین کارامدتر برای موتورهای بخار ثابت استفاده می شدند. از دهه 1910، انها در زیردریایی ها و کشتی ها استفاده می شوند. استفاده در لوکوموتیو، اتوبوس، کامیون، تجهیزات سنگین، تجهیزات کشاورزی و نیروگاه های تولید برق بعدا دنبال شد. اگرچه حمل و نقل هوایی به طور سنتی از موتورهای دیزلی اجتناب می کند، موتورهای دیزلی هواپیما در قرن بیست و یکم به طور فزاینده ای در دسترس هستند. از اواخر دهه 1990، به دلایل مختلف - از جمله مزایای عادی دیزل نسبت به موتورهای بنزینی، اما همچنین برای مسائل اخیر مربوط به حمل و نقل هوایی - توسعه و تولید موتورهای دیزلی برای هواپیما افزایش یافته است. در سال 1878، رودولف دیزل، که دانشجویی در مونیخ بود، در سخنرانی های کارل فون لینده شرکت کرد. لینده توضیح داد که موتورهای بخار قادر به تبدیل تنها ۶ تا ۱۰ درصد از انرژی گرمایی به کار هستند، اما چرخه کارنو اجازه می دهد تا انرژی گرمایی بیشتری را با استفاده از تغییر ایزوترمال در شرایط به کار تبدیل کند. به گفته دیزل، این ایده ایجاد یک موتور بسیار کارامد است که می تواند در چرخه کارنو کار کند. دیزل نیز معرفی شد دیزل به شدت برای مقاله خود مورد انتقاد قرار گرفت، اما تنها تعداد کمی از انها اشتباه کردند که موتور حرارتی منطقی او قرار بود از یک چرخه دمای ثابت استفاده کند که نیاز به سطح بسیار بالاتری از فشرده سازی نسبت به انچه که برای احتراق فشرده سازی مورد نیاز است. ایده دیزل این بود که هوا را به شدت فشرده کند تا دمای هوا از احتراق فراتر رود. با این حال، چنین موتوری هرگز نمی تواند هیچ کار قابل استفاده ای را انجام دهد. هوای خالص اتمسفر فشرده می شود، با توجه به منحنی 1 2، به حدی که قبل از احتراق یا احتراق، بالاترین فشار نمودار و بالاترین درجه حرارت به دست می اورد. یعنی دمایی که احتراق بعدی باید انجام شود، نه نقطه سوزاندن یا اشتعال. برای روشن تر شدن این موضوع، فرض کنید که احتراق بعدی باید در دمای 700 درجه انجام شود. سپس در این صورت فشار اولیه باید شصت و چهار اتمسفر باشد، یا برای 800 درجه سانتیگراد فشار باید نود اتمسفر باشد و غیره. به هوا به این ترتیب فشرده می شود و سپس به تدریج از بیرونی معرفی می شود سوخت ریز تقسیم شده، که در مقدمه مشتعل می شود، زیرا هوا در دمای بسیار بالاتر از نقطه اشتعال سوخت است. موتور احتراق داخلی دیزل با استفاده از هوای گرم بسیار فشرده برای احتراق سوخت به جای استفاده از یک شمع جرقه (احتراق فشرده سازی به جای احتراق جرقه) از چرخه اتو بنزینی متفاوت است. این ممکن است در بالای پیستون یا یک محفظه پیش بسته به طراحی موتور اجتناب شود. انژکتور سوخت تضمین می کند که سوخت به قطرات کوچک شکسته می شود و سوخت به طور مساوی توزیع می شود. گرمای هوای فشرده سوخت را از سطح قطرات تبخیر می کند. سپس بخار توسط گرمای هوای فشرده در محفظه احتراق مشتعل می شود، قطرات همچنان از سطوح خود تبخیر می شوند و می سوزند و کوچکتر می شوند تا زمانی که تمام سوخت موجود در قطرات سوزانده شود. برای کنترل خروجی گشتاور در هر زمان معین، یک فرماندار مقدار سوخت تزریق شده به موتور را تنظیم می کند. فرمانداران مکانیکی در گذشته مورد استفاده قرار گرفته اند، اما فرمانداران الکترونیکی در موتورهای مدرن رایج تر هستند. فرمانداران مکانیکی معمولا توسط کمربند لوازم جانبی موتور یا یک سیستم چرخ دنده هدایت می شوند و از ترکیبی از چشمه ها و وزنه ها برای کنترل تحویل سوخت نسبت به بار و سرعت استفاده می کنند.