Bενζίνη και το πετρέλαιο αποτελούν καύσιμα ενώσεων υδρογονανθράκων που παράγονται από την διύλιση του ακατέργαστου πετρελαίου (μαζούτ). Η βενζίνη χαρακτηρίζεται από το μικρότερο ειδικό της βάρος, είναι δηλαδή ελαφρύτερη, και εξατμίζεται πιο εύκολα. Λόγω της εξαιρετικά υψηλής πτητικότητας της (εξαέρωσης) επιτρέπει την ομαλή εκκίνηση του κινητήρα, ακόμα και σε ιδιαίτερα χαμηλές θερμοκρασίες. Στον αντίποδα, το πετρέλαιο είναι βαρύτερο σαν καύσιμο, εξατμίζεται δυσκολότερα ενώ όταν υπάρχει παγωνιά οι παραφίνες του πήζουν και το εμποδίζουν να φτάσει μέχρι τα μπεκ. Το υψηλό ιξώδες, δηλαδή η ρευστότητα, δυσχεραίνει τη λειτουργία της αντλίας και στην καλύτερη περίπτωση επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα καύσης. Για αυτόν, και αρκετούς άλλους λόγους, η σύσταση του πετρελαίου διαφέρει ανάλογα με τις θερμοκρασίες που επικρατούν σε διαφορετικές περιοχές (π.χ. Νότια ή Βόρεια Ευρώπη).
Θεωρητικά η θερμική απόδοση της βενζίνης είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με του πετρελαίου. Στην πράξη όμως, συμβαίνει το αντίθετο, καθώς για να επιτευχθεί η ίδια τιμή έργου στους diesel απαιτείται μικρότερη ποσότητα καυσίμου η οποία συνεπάγεται σε μικρότερη κατανάλωση. Yστερούν δηλαδή στον τομέα της ειδικής ισχύος (ίπποι/λίτρο) αλλά υπερτερούν στην ειδική κατανάλωση καυσίμου(απόδοση / κατανάλωση). Και από πλευράς θερμοδυναμικής απόδοσης, οι diesel υπερέχουν των βενζινοκινητήρων. Λόγω της υψηλότερης σχέσης συμπίεσης, η οποία ξεπερνά το 20:1 σε αντίθεση με την 8-12:1 των βενζινοκινητήρων, η δομή του μπλοκ στους diesel είναι πιο στιβαρή προσφέροντας καλύτερο βαθμό θερμοαγωγιμότητας.
Ωστόσο, η ενισχυμένη αρχιτεκτονική τους μεταφράζεται σε αυξημένο βάρος. Το συγκεκριμένο πρόβλημα καλύπτεται έμμεσα λόγω της βραδύτερης απαγωγής της θερμότητας που προσφέρει καλύτερο θερμοδυναμικό συντελεστή (30-36%) έναντι των βενζινοκινητήρων (20-25%). Στο θέμα της μικρότερης κατανάλωσης των diesel μεγάλο ρόλο λαμβάνει η εμφάνιση της μέγιστης τιμής της ισχύος σε μικρότερο εύρος στροφών σε σχέση με τους βενζινοκινητήρες.
Οι κινητήρες diesel θεωρούνται πιο αξιόπιστοι από τους βενζινοκινητήρες αλλά πάντοτε εξαρτάται από την γνησιότητα του πετρελαίου (η νοθεία είναι συνηθισμένο φαινόμενο στην Ελλάδα). Ιδιαίτερη βέβαια σημασία έχει το γεγονός πως οι diesel απαιτούν λιγότερη συντήρηση. Ακόμη, το μεγαλύτερο εύρος στροφών των βενζινοκινητήρων (περίπου 7.000σ.α.λ.) σε σχέση με τους μικρότερο των diesel (περίπου μέχρι τις 5.000σ.α.λ.) επιτρέπει στους πρώτους την απόδοση αυξημένης ισχύος. Στον αντίποδα όμως οι περισσότεροι diesel εμφανίζουν σημαντικά μεγαλύτερα αποθέματα ροπής σε εύρος μεταξύ των 1.000-2.000σ.α.λ.
Τα πράγματα στους βενζινοκινητήρες είναι πιο πολύπλοκά, αφού εκτός από το σύστημα ψεκασμού, υπάρχει το ηλεκτρικό κύκλωμα της ανάφλεξης που περιλαμβάνει τα μπουζί. Επίσης, μια μεγάλη διαφορά ανάμεσα στους κινητήρες που καίνε βενζίνη και στους diesel αφορά στο τρόπο που αναφλέγεται το μείγμα στο θάλαμο καύσης. Στους κινητήρες diesel, το μείγμα αυτοαναφλέγεται (χωρίς μπουζί) λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του αέρα η οποία οφείλεται στην υψηλή σχέση συμπίεσης. Η ποιότητα της καύσης έχει άμεση επίπτωση στους diesel και για αυτό το λόγο απαιτείται η καλύτερη δυνατή ανάμειξη του καυσίμου με τον αέρα.
Με βάση λοιπόν τον τρόπο που πραγματοποιείται ο ψεκασμός και η καύση οι κινητήρες diesel χωρίζονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες. Σε αυτούς με προθάλαμο καύσης ή θάλαμο στροβιλισμού και σε εκείνους με άμεσο ψεκασμό, με αποκορύφωμα τα συστήματα common rail. Στην πρώτη περίπτωση το πετρέλαιο ψεκάζεται στο προθάλαμο καύσης αναμειγμένο με συμπιεσμένο αέρα. Από εκεί, ξεκινά η ανάφλεξη η οποία μετέπειτα μεταβιβάζεται στο κυρίως θάλαμο καύσης. Βασικό τους μειονέκτημα είναι η δυσκολία στην ψυχρή εκκίνηση όπου απαιτείται προθερμαντήρας. Από την άλλη, οι κινητήρες άμεσου ψεκασμού εμφανίζουν τον υψηλότερο βαθμό απόδοσης, την μικρότερη καθυστέρηση στην καύση, καλύτερη ποιότητα, χαμηλότερη κατανάλωση και μεγαλύτερη ευκολία στην ψυχρή εκκίνηση.
Χάρη στην εξέλιξη των ηλεκτρονικών συστημάτων κατασκευάστηκαν αρχικά ηλεκτρονικά ελεγχόμενα συστήματα όπως οι ανεξάρτητες ελεγχόμενες μονάδες ψεκασμού (EUI, Electronic Unit Injector) και αργότερα το σύστημα κοινής τροφοδοσίας (common rail). Το τελευταίο αποτελεί διαφορετική εκδοχή του πρώτου καθώς η αντλία είναι ενσωματωμένη μαζί με το μπεκ τα οποία ελέγχονται από τον εγκέφαλο του μοτέρ. Συγκεντρωτικά, χάρη σε αυτά τα συστήματα, η πίεση που το καύσιμο ψεκάζεται στο θάλαμο καύσης αγγίζει με τα σημερινά δεδομένα έως και τα 2.000bar. Γιατί όμως απαιτείται τόσο μεγάλη τιμή; Η βέλτιστη διασπορά των σταγονιδίων καυσίμου στο θάλαμο επηρεάζει άμεσα την ποιότητα καύσης η οποία προσφέρει όχι μόνο καλύτερη απόδοση αλλά μειωμένους ρύπους και λιγότερα άκαυστα σωματίδια.
