Den primære anvendelse af dieselbrændstof er i dieselmotorer. Opfindelsen af dieselmotoren krediteres Rudolph Diesel, der indgav det første dieselmotorpatent i 1892. Hans brug af jordnøddeolie (snarere end et olieprodukt) til at drive en motor - demonstreret på messen i 1889 i Paris - kunne betragtes som det første forsøg på et biodieselbrændstof. Diesel opfattede sit motordesign som et alternativ til andre motorer fra den tid, der kunne bruges af den daglige mand uden at være afhængig af den store industri. I øjeblikket er der to hovedtyper af dieselolie: oliebaseret dieselolie (undertiden kaldet petrodiesel), der stammer fra olie; og biodieselbrændstof, fremstillet ved hjælp af organiske materialer såsom:
Dieselbrændstoffet, der når slutbrugeren, begynder sin levetid som råolie, resultatet af store, rådnende mængder biomasse (vegetabilsk og animalsk) kombineret med tryk og varme. Når denne baseolie er høstet, transporteres den til et raffinaderi, hvor den gennemgår tre processer: adskillelse, omdannelse og oprensning. Separationsprocessen forekommer i store destillationstårne, hvor olien udsættes for ekstrem varme, hvilket får den til at adskille sig i gasser og væsker. Produkterne adskilles baseret på temperaturforskellene mellem bunden og toppen af tårnet. Produkterne spænder fra propangas nær toppen, diesel i midten og smøremidler nær bunden. Det næste trin i dieselproduktion er omdannelse, som normalt indebærer anvendelse af en katalysator på nogle af de tungere olier fra separationsprocessen for at skabe mere benzin, diesel og propan. Det sidste trin i processen er oprensning og involverer normalt produkterne for hydrogen og en katalysator til fjernelse af svovl.
Biodieselproduktionsprocessen begynder med enten planteolier eller fedtstoffer (det kan også være animalsk fedt), som derefter blandes med alkohol (typisk methanol) og en katalysator. Generelt opvarmes blandingen derefter, hvilket får den til at reagere og omdanner fedtet til glycerin og biodiesel. Det overskydende methanol fjernes fra begge produkter og genbruges ofte. Både glycerol og biodiesel kan gennemgå rensning inden salg, hvor sidstnævnte destilleres for at fjerne farve.