汽油发动机和柴油发动机都属于内燃机，都是燃烧燃料后通过推动气缸内活塞作往返运动来将燃料中的化学能量转换成为驱动车辆前进的机械能量，因此两者的工作原理大体是相同的。汽油发动机与柴油发动机的最主要的区别在于燃料物理特性所引起的点火方式的区别，从而表现出各自不同的热效率、经济性，以及外形特点等。详见下表的比较。
 　　　　　　　　　汽油发动机　　　　　柴油发动机
 　　燃料　　　　　　汽油　　　　　　　　柴油
 　　燃料能量密度　柴油为各日常燃料中最高，比液化天然气高出近1倍，比汽油高出10％以上
 　　燃料挥发性 　　较强　　　　　　　　不易挥发
 　　燃料燃点　　　220-250℃　　　　　　着火点较高
 　　点火方式　　　火花塞点燃　　　　　　压燃式
 　　压缩比　　　　一般≤10　　　　　　一般为16-22
 　　热效率　　　　35%　　　　　　　　　　45%
 　　经济性　　柴油机较高，比汽油节油15%-30%
 　　特点：汽油机：体积小、重量轻、起动性好，价格便宜，最大功率时的转速高；振动及噪声小。
 　　　　　柴油机：可靠性高，比较笨重，体积较大，成本较高，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。
 　　应用　汽油机：载客汽车、轿车
 　　　　　柴油机：大、中型载重货车(近年逐步应用于轿车)
 　　汽油发动机中，油气混合气进入气缸后，在压缩接近终了时由火花塞点燃。因此，汽油发动机需要一套控制何时让火花塞工作的点火系统，为保证汽油机的正常工作，必须精确控制火花塞放电的时刻和火花能量的大小，故燃料供给系和点火系是发生故障比例较高的部位。此外由于汽油的燃点较低，汽油机的压缩比就不能太高，以免油气自燃，因此其热效率和经济性较柴油机为差。汽油机的优点在于其体积小、重量轻、价格便宜、起动性好，最大功率时的转速高，工作中振动及噪声小。因此在载客汽车，特别是轿车中，汽油机得到了广泛的应用，特别是在我们国家目前生产的绝大多数轿车，都是采用汽油发动机作为自己的动力系统。
 　　柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。在环保方面，柴油机的二氧化碳排放平均比汽油机的低30%-35%。