气缸内的柴油燃烧产生动能，带动与活塞相连的曲柄连杆机构绕曲轴作往复圆周运动，输出动力。换句话说，柴油的化学能转化为热能，热能转化为机械能。柴油机分为二冲程柴油机和四冲程柴油机。二冲程柴油机在一个工作循环中只有两个冲程，曲轴旋转一次。理论上，它的功率是四冲程柴油机的两倍；其缺点是经济性差、浪费柴油、排放和环保性差。现在已经被淘汰了。

四冲程柴油机由进气冲程、压缩冲程、功率冲程和排气冲程组成。由于柴油机使用柴油作为燃料，与汽油相比，柴油自燃温度低，粘度高，不易蒸发。因此，柴油机在压缩终点采用压燃式点火，也称为压燃式点火。

进气冲程：启动器通电以驱动曲轴旋转。曲轴的旋转使活塞从上到下移动。此时，排气门关闭，进气门打开，新鲜空气进入气缸和燃烧室。在压缩冲程中，活塞从下止点向上移动。此时，进气门和排气门关闭。吸气缸中的空气被活塞压缩，压力升高，温度也升高。

工作行程：当活塞压缩到上止点时，喷油器将雾化柴油喷射到燃烧室。油雾与压缩空气充分混合形成高温高压气体，开始自燃燃烧。混合蒸汽膨胀做功，向下推动活塞，带动曲轴旋转，向外输出功。在排气冲程中，活塞从下止点向上移动。此时，进气门关闭，排气门打开，燃烧废气在活塞的推动下排出燃烧室，完成一个工作行程。此时，曲轴旋转两周。