柴油机排放物的种类极其复杂，依其对人类的危害性，可分为有害排放物和无害排放物两大类。无害排放物包括氮、氧、二氧化碳和水蒸气等，其中二氧化碳尽管对地球气候会产生温室效应，但由于对人类无直接危害，故一般仍作为无害排放物看待。有害排放物又称污染物，包括一氧化碳、氮氧化物、未燃烃、醛类、多环芳香烃、炭烟微粒以及含硫燃料燃烧时所排出的二氧化硫、硫化氢等。下面仅就柴油机排放物中主要有害成分对人类健康的危害作一简介。
1一氧化碳：一氧化碳是无色、无臭的有毒气体，它虽然对人的呼吸道无直接危害，但被吸人人体后，能以比氧强210倍的亲和力同血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，阻碍血液向心、脑等器官输送氧气，使人发生恶心、头晕、疲劳等症状，严重时会窒息死亡。一氧化碳也会使人慢性中毒，主要表现为中枢神经受损、记忆力减退等。为保护人类不受一氧化碳毒害，应将24h内吸气中的CO浓度限制在5ppm以内。在1h短期暴露情况下，CO的允许浓度为55ppm。
2氮氧化物：燃烧装置中排出的氮氧化物主要是氧化氮和二氧化氮，而对柴油机来说，其排气中的氮氧化物绝大多数为NO。NO是无色并具有轻度刺激性的气体，它在低浓度时对人体健康无影响，高浓度时能造成人体中枢神经障碍。尽管NO的直接危害性不大，但NO在大气中可以被氧氧化成毒性大5倍的二氧化氮。二氧化氮是一种赤褐色的带刺激性的气体，吸入人体后与血红蛋白作用，成为变性血红蛋白，使血液的输氧能力下降，它对心、肝、肾等也有影响。据报道，人只要在二氧化氮含量为100~150ppm的环境中待上0.5一1h，就会因肺气肿而死亡。氮氧化物的另一大危害是在光化学反应下产生臭氧、醛和PAN，其中醛对眼睛、上呼吸道、中枢神经等都有危害，臭氧具有极强的氧化力，PAN的毒性介于NO和NO2之间。
3未燃烃：未燃烃由于成分复杂，故其对人类的危害不能简单的以总浓度来衡量，而必须确定其中有毒成分的毒性及其安全浓度。例如在未燃烃中，甲烷是无毒的，而甲醛、乙醛等则是有毒的。尤其值得注意的是多环芳香烃中的3、4苯并芘及若干硝基烃，它们已被确认为致癌物质。
4微粒：微粒对人类健康的危害性与微粒粒径大小及其组成有关。例如，直径小于0.1μm的微粒在空气中做随机运动，它可以通过呼吸器官到达肺部并附在肺部细胞组织中，某些还会被血液吸收。直径介于0.7一1μm的微粒兼有随机运动和沉降运动的特点，它能经呼吸道深入肺叶并粘附在肺叶表面的粘液中，随后在几小时内被绒毛所清除。较大的微粒(例如大于5μm)不能深入呼吸道，常到鼻、喉处便被阻住。由于柴油机排气中微粒粒径分布的峰值通常在0.1μm左右，故处于能在大气中长期悬浮的尺寸范围内，从而对人体健康有很大威胁。
柴油机的炭烟微粒主要由碳元素构成，并在其表面凝结或吸附含氢成分—未燃烃，由于含氢成分绝大多数可用有机溶剂萃取出来，故称为可溶有机成分。萃取后的炭烟微粒称干炭烟。可溶有机成分，尤其是多环芳香烃等致癌物质，是微粒中威胁人体健康的主要因素。