燃料供应是柴油机工作的第一步。柴油燃料通过油泵从燃油箱中抽取出来，经过滤网除杂后进入喷油器。喷油器根据引擎负载和转速的变化，将适量的燃油喷入气缸中。燃油在进入气缸之前会被高压喷油器细微雾化，以便更好地与气缸内的空气混合。
接下来是压缩阶段。柴油机利用活塞的上下运动来实现压缩空气。当活塞向上移动时，气缸内的容积减小，导致空气被压缩。压缩过程中，空气的温度和压力都会大幅提高，同时燃油的喷入也会随之发生变化。压缩过程是柴油机实现高效燃烧的关键环节。
然后是燃烧过程。柴油机利用压缩加热的空气点燃喷入的燃油。当活塞运动到顶部时，喷油器会将燃油直接喷入气缸，与高温高压的空气混合。由于高温和高压的作用，燃油很快点燃并燃烧，产生高温高压的气体。这些气体的膨胀推动活塞向下运动，从而传递动力给机械装置，如曲轴。
最后是排放阶段。在燃烧过程中，柴油机会产生废气和有害物质。为了保护环境和人类健康，柴油机通常配备了排气管和排气系统。废气通过排气管排出，经过排气系统的处理，减少有害物质的排放。