Vznecovanie paliva
Hlavný rozdiel medzi benzínovým a dieselovým motorom je spôsob vznecovania zmesi vzduchu a paliva. Pri benzínovom motore sa tak deje elektrickou iskrou. Pri dieselovom motore sa vzduch vo valci stlačí tak, že jeho teplota stúpne na viac než 500°C a niekedy dokonca až na 2 480°C. V tomto okamihu sa vstriekne palivo a teplota vo valci je natoľko vysoká, že postačí k vznieteniu paliva, bez potreby iskry so zapaľovacej sviečky. Niektoré dieselové motory majú vo valcoch elektrické zahrievacie prvky, ktoré pomáhajú vznecovať palivo pri štartovaní studeného motora. Malé motory možno naštartovať otáčaním kľúk nasadených na kľukový hriadeľ. Veľké dieselové motory sú vybavené elektrickým štartérom prepojeným pomocou prevodov a zotrvačníkom, najväčšie motory sa štartujú stlačeným vzduchom z kompresorov (tanky, vozidlá pracujúce v kamenolomoch). Vznecovanie pomocou kompresie znamená, že dieselový motor je jednoduchší a spoľahlivejší než benzínový motor. Inou výhodou dieselového motora je, že ako palivo používa naftu, ktorá vyžaduje menšiu rafináciu než benzín, a tým je výrobne lacnejšia. Nafta je aj omnoho bezpečnejšia, pretože sa narozdiel od benzínu nevznieti ak je v blízkosti orvorený oheň. Dieselový motor musí byť aj ťažšej konštrukcie ako benzínový pri rovnakom výkone, pretože valce musia vydržať vysoký tlak. Ale fungovanie pri vysokom tlaku má tú výhodu, že motor je účinnejší.

Štvordobý motor
Každý pohyb piestu pozdĺž valca sa nazýva doba. Pri štvortaktnom dieselovom motore sa pri prvej dobe piest pohybuje smerom dole a nasávací ventil sa otvorí, čím umožní vniknutie čerstvého vzduchu do valca. Pri druhej dobe sa nasávací ventil uzavrie a piest sa pohybuje nahor, čím stláča a tým zahrieva vzduch nad piestom. Potom sa vstriekne palivo do horného riesoru valca. Teplo spôsobené stlačením vzduchu spôsobí vybuchnutie paliva a vzniknuté plyny nútia piest pohybovať sa valcom nadol – k tomu dochádza pri tretej dobe nazvanej výbuch. Pri štvrtej dobe sa piest pohybuje opäť nahor a vytlačí výfukové plyny von z valca výfukovým ventilom. Výfukový ventil sa potom uzavrie a celý štvordobý cyklus sa opakuje. Rýchlosť, ktorou sa motor točí je riadená množstvom vstrekovanej nafty do vzduchu vo valci. Obvykle sa piesty pohybujú nahor a nadol niekoľkokrát za sekundu.

Dvojdobý motor
U jedného typu dvojdobého dieselového motora neexistujú žiadne nasávacie, alebo výfukové ventily. Namiesto toho odkrýva piest nasávacie a výfukové kanály alebo otvory, keď sa blíźi k spodnej časti valca behom doby výbuchu. Nasávacím kanálom prúdi dovnútra čerstvý vzduch, ktorý vytlačí výfukové plyny von výfukovým kanálom na druhej strane valca. Piest sa potom pohybuje späť nahor valcom, prikryje oba kanály a stlačí vzduch nad sebou. Rovnako ako u štvordobého cyklu sa palivo vstrieknuté do tohoto stlačeného vzduchu vznieti a prinúti piest pohybovať sa smerom nadol behom doby výbuchu. Pri inom type dvojdobého dieselového motora sa výfukové plyny vytlačia jedným, alebo dvoma ventilmi v hornom priestore valca.