柴油機是用柴油作燃料的內燃機。柴油機屬于壓縮點火式發動機，它又常以主要發明者狄塞爾的名字被稱為狄塞爾引擎。

柴油機在工作時，吸入柴油機氣缸內的空氣，因活塞的運動而受到較高程度的壓縮，達到500～700℃的高溫。然后將燃油以霧狀噴入高溫空氣中，與高溫空氣混合形成可燃混合氣，自動著火燃燒。燃燒中釋放的能量作用在活塞頂面上，推動活塞并通過連桿和曲軸轉換為旋轉的機械功。

柴油機可按不同特征分類：按轉速分為高速、中速和低速柴油機；按燃燒室的型式分為直接噴射式、渦流室式和預燃室式柴油機等；按氣缸進氣方式分為增壓和非增壓柴油機；按氣體壓力作用方式分為單作用式、雙作用式和對置活塞式柴油機等；按用途分為船用柴油機、機車柴油機等。

柴油機種類繁多：

①按工作循環可分為四沖程和二沖程柴油機。

②按冷卻方式可分為水冷和風冷柴油機。

③按進氣方式可分為增壓和非增壓（自然吸氣）柴油機。

④按轉速可分為高速(大于1000轉/分)、中速（350～1000轉/分）和低速（小于350轉/分）柴油機。

⑤按燃燒室可分為直接噴射式、渦流室式和預燃室式柴油機。

⑥按氣體壓力作用方式可分為單作用式、雙作用式和對置活塞式柴油機等。

⑦按氣缸數目可分為單缸和多缸柴油機。

柴油機燃料主要是柴油，通常高速柴油機用輕柴油；中、低速柴油機用輕柴油或重柴油。柴油機用噴油泵和噴油器將燃油以高壓噴入氣缸，噴入的燃油呈霧狀，與空氣混合燃燒。因此柴油機可用揮發性較差的重質燃料或劣質燃料，如原油和渣油等。

在燃用原油和渣油時，除須濾除雜質和水分外，還要對供油系統進行預熱保溫，降低粘度，以便輸送和噴射。柴油機如采用某種合適的燃燒室也可燃用乙醇、汽油和甲醇等輕質燃料。為了改善輕質燃料的著火性，可加入添加劑提高十六烷值，或與柴油混合使用。一些氣體燃料，如天然氣、液化石油氣、沼氣和發生爐煤氣等也可作為柴油機的燃料，但這時通常以氣體燃料為主，以少量柴油引燃，這種發動機稱為雙燃料內燃機。