兩者的相同點，都歸類于內燃機。透過燃油在氣缸內燃燒，從而推動活塞運動，再經過連桿傳遞到曲軸，從而帶動其他機械工作。兩者的區別，柴油機不需要火花塞點燃油氣混合氣體，而是利用柴油機運動的慣性來壓縮油氣混合氣體，使其溫度升高而再次燃燒，從而推動活塞運動;汽油機則需要火花塞來控制混合氣體的燃燒時機和節奏。柴油機目前使用在大型船舶和大型機械，這是因為柴油機的功率更大，能夠帶動大型機械運動。

但柴油機由于是靠自身運動推動柴油燃燒，因為柴油機的柴油燃燒不充分，油煙比較大，加上柴油相對粘稠，不易形成混合氣體，因為燃燒率比較低。目前城市都禁止使用大型柴油機。而汽油機相對功率比較小，但污染相對更低。柴油機比較笨重，而汽油機相比比較輕便。