从外表上来看，很难看出柴油和汽油发动机的车辆有什么区别，开起来的感觉也不会有明显的差别。事实上，有些车厂，如大众，一种款式的车往往同时有汽油或柴油驱动的型号。但是从原理和性能上来看，两者的区别是非常大的。
汽油和柴油都是从石油中提炼出来的，但是粘度（或流动性）不一样，汽油比水更能流动，而柴油就比较粘稠，有点像糖浆。在提炼石油的时候，是按其中不同组分的比重来分馏的。比重最低的组分分馏出来就是汽油，比重再高一点的分馏出来就做成航空汽油，然后是柴油。汽油是最轻的，密度低，挥发性高，非常易燃。当发动机的气缸吸入汽油的时候，汽油就立即气化，这时火花塞打火，汽油就立即在气缸中“起爆”，推动活塞，从而转动发动机。柴油比较稠密，挥发性低，也不那么容易燃烧。为了让它起爆，要用一个高压柱塞泵，在高压下，以雾状喷入气缸，当活塞运动压缩气缸空间时，产生高温高压，这时柴油就被引爆，带动发动机。这个引爆是在高温高压下完成的，不需要火花塞来点燃。柴油的优点是，它更稠密，因此每升体积能产生更多能量，这就是柴油车更省油的原因，通常每升柴油的能量要比汽油高30%。它的缺点是，需要非常高的压缩比以产生高温高压，这就使得制造发动机的成本增加，而且气候寒冷的时候容易产生启动困难的问题。此外，柴油发动机也需要较长时间才能达到较高转速，这就是为什么通常柴油车在最初起步的400米内跑不赢汽油车的原因。不过，由于柴油的能量密度高，它产生的转矩也高得多，因此柴油发动机非常适合做重负载的工作，如拖拉机和载重卡车，也能为每天的通勤或家庭车旅省油。现在的柴油车很难从外观或感觉上看出来，除非你熟悉车厂是怎样标记它们的柴油车型号的。比如大众或奥迪，会在每辆安装柴油发动机的汽车的后部标记上“TDI”。而在过去，你只要听到发动机有很大的噪音，冒着黑烟，就会知道那一定是柴油发动机车。
