柴油机的效率通常在34%-45%之间，这是因为柴油的热效率高于汽油，具有更高的热值。在燃烧相同质量体积的燃料时，柴油机能够释放更多的能量，从而使做功冲程产生更大的功。
与汽油机相比，柴油机的压缩比更高。这是因为柴油机在压缩过程中仅压缩空气体，即使压缩比很高，也不会出现过早爆燃的情况。柴油机依靠压缩空气体的温度来瞬间点燃喷射的燃油，因此需要将空气体压缩到柴油自燃温度以上。
为了提高温度，柴油发动机需要更多的压缩。压缩比与发动机的效率和扭矩密切相关，因此高压缩比的柴油机可以产生更大的扭矩。
柴油机的一个显著特点是稀燃，其空燃烧比可以达到18:1-70:1。通过稀薄燃烧，更多的空气体可以用于膨胀并产生有效功，从而提高发动机的效率。为了实现这种效果，柴油机通常配备涡轮增压器，利用涡轮压入更多的空气体以实现高效燃烧。
