Le moteur diesel, du nom de Rudolf Diesel, est un moteur à combustion interne dans lequel l'allumage du carburant est provoqué par la température élevée de l'air dans le cylindre due à la compression mécanique ; ainsi, le moteur diesel est un moteur dit à allumage par compression (moteur CI). Cela contraste avec les moteurs utilisant l'allumage par bougie du mélange air-carburant, comme un moteur à essence (moteur à essence) ou un moteur à gaz (utilisant un carburant gazeux comme le gaz naturel ou le gaz de pétrole liquéfié).

Les moteurs diesel fonctionnent en comprimant uniquement l'air, ou l'air plus les gaz de combustion résiduels de l'échappement (connu sous le nom de recirculation des gaz d'échappement (EGR)). L'air est introduit dans la chambre pendant la course d'admission et comprimé pendant la course de compression. Cela augmente la température de l'air à l'intérieur du cylindre à un degré si élevé que le carburant diesel atomisé injecté dans la chambre de combustion s'enflamme. Le carburant étant injecté dans l'air juste avant la combustion, la dispersion du carburant est inégale ; c'est ce qu'on appelle un mélange air-carburant hétérogène. Le couple produit par un moteur diesel est contrôlé en manipulant le rapport air-carburant (λ); au lieu d'étrangler l'air d'admission, le moteur diesel s'appuie sur la modification de la quantité de carburant injectée, et le rapport air-carburant est généralement élevé.

Le moteur diesel a l'efficacité thermique la plus élevée (efficacité du moteur) de tous les moteurs à combustion interne ou externe pratiques en raison de son taux d'expansion très élevé et de sa combustion pauvre inhérente qui permet la dissipation de la chaleur par l'excès d'air. Une petite perte d'efficacité est également évitée par rapport aux moteurs à essence à injection non directe car le carburant non brûlé n'est pas présent pendant le chevauchement des soupapes et donc aucun carburant ne va directement de l'admission / injection à l'échappement. Les moteurs diesel à basse vitesse (tels qu'utilisés dans les navires et d'autres applications où le poids total du moteur est relativement peu important) peuvent atteindre des rendements effectifs allant jusqu'à 55 %. La turbine à gaz à cycle combiné (cycle de Brayton et Rankin) est un moteur à combustion plus efficace qu'un moteur diesel, mais il est, en raison de sa masse et de ses dimensions, inadapté aux véhicules, bateaux ou avions.

Les moteurs diesel peuvent être conçus comme des cycles à deux temps ou à quatre temps. Ils étaient à l'origine utilisés pour remplacer plus efficacement les moteurs à vapeur fixes. Depuis les années 1910, ils sont utilisés dans les sous-marins et les navires. L'utilisation dans les locomotives, les autobus, les camions, l'équipement lourd, l'équipement agricole et les centrales électriques a suivi plus tard. Dans les années 1930, ils ont lentement commencé à être utilisés dans quelques automobiles. Depuis les années 1970, l'utilisation de moteurs diesel dans les gros véhicules routiers et hors route aux États-Unis a augmenté. Selon Konrad Reif (2012), la moyenne de l'UE pour les voitures diesel représente la moitié des voitures nouvellement immatriculées. ils produisent une puissance crête de près de 100 MW chacun.