柴油机的效率为34%-45%。柴油的热效率比汽油高，柴油的热值更高，所以燃烧同样质量体积释放的能量更多，做功冲程做的功也会更多。

柴油机的压缩比会高于汽油机，而内燃机的压缩比更高，其工作效率也会更高。柴油机之所以压缩比高于汽油机，是因为柴油机在压缩时只有空气体被压缩，即使压缩比很高，也不会出现过早爆燃的情况。而且柴油机是依靠压缩空气体的温度来瞬间点燃喷射的燃油，所以柴油机需要将空气体压缩到柴油自燃温度以上。

柴油发动机需要更多的压缩来提高温度。压缩比直接关系到发动机的效率和扭矩，所以压缩比高的柴油机可以输出更大的扭矩。

柴油机的特点是稀燃，柴油机的空燃烧比可以达到18:1-70:1之间。通过稀薄燃烧，更多的空气体可以用来膨胀做有效功，所以发动机的效率会更高。要达到这样的效果，需要涡轮增压器的帮助，利用涡轮压入更多空的气体进行高效燃烧。