El principi de funcionament del motor dièsel és: l'aire comprimit genera alta temperatura i alta pressió, fent que el dièsel atomitzat exploti i s'expandeixi. La pressió actua directament sobre el pistó, empenyent el pistó per realitzar un moviment alternatiu lineal d'alta velocitat al llarg del cilindre, i després passa pel mecanisme de biela de la manivela. El moviment lineal del pistó es converteix en el moviment de rotació de la manovella, produint així un treball mecànic.
El procés de treball dels motors dièsel és molt semblant al dels motors de gasolina. Cada cicle de treball també passa pels quatre temps d'admissió, compressió, potència i escapament. Tanmateix, com que el combustible utilitzat en els motors dièsel és el dièsel, la seva viscositat és superior a la de la gasolina i no és fàcil d'evaporar, i la seva temperatura d'auto-ignició és inferior a la de la gasolina. Per tant, el mètode de formació i ignició de la mescla combustible és diferent dels dels motors de gasolina.
