柴油机的燃烧过程不同于汽油机。在柴油机中，燃油是通过高压喷射进入预燃室或燃烧室的，而汽油机是通过气化混合进入燃烧室的。由于柴油具有较高的沸点和较低的蒸发性，它在喷射到燃烧室内时能够形成更加均匀和充分的燃烧。而汽油机则受到燃油气化过程的限制，难以实现与柴油机相同的燃油充分燃烧。
柴油机的压缩比通常比汽油机高。压缩比是指进气冲程和压缩冲程之比。柴油机的压缩比一般在15:1至20:1之间，而汽油机一般在8:1至12:1之间。高压缩比使得柴油机在压缩冲程中能够将空气压缩至更高的温度和压力，从而提高燃油的燃烧效率。相比之下，汽油机由于较低的压缩比，燃烧过程中的热效率相对较低。
此外，柴油燃料的能量密度要高于汽油燃料。柴油的能量密度约为汽油的1.3倍，这意味着在相同体积或重量的燃油条件下，柴油所含有的能量更多。这使得柴油机在相同工作条件下能够产生更多的功率，从而提高热效率。而汽油机由于燃料的能量密度较低，相同工作条件下产生的功率相对较少，热效率也相对较低。