Ensisijainen käyttö diesel polttoaine on dieselmoottoreissa. Dieselmoottorin keksintö hyvitetään Rudolph Dieselille, joka jätti ensimmäisen dieselmoottoripatentin vuonna 1892. Hänen maapähkinäöljyn (eikä öljytuotteen) käyttöä moottorin polttoaineeksi - joka osoitettiin Pariisin vuoden 1889 messumessuilla - voidaan pitää ensimmäisenä yrityksenä biodieselpolttoainetta. Diesel koki moottorinsuunnittelunsa vaihtoehtona muille aikakauden moottoreille, joita jokapäiväinen ihminen voisi käyttää riippumatta suurteollisuudesta. Tällä hetkellä dieselpolttoaineita on kahta päätyyppiä: öljypohjainen dieselpolttoaine (jota kutsutaan joskus petrodyzeliksi), joka on peräisin öljystä; ja biodieselpolttoaine, joka on valmistettu orgaanisista materiaaleista, kuten:
Loppukäyttäjälle pääsevä dieselpolttoaine alkaa elämästään raakaöljynä, mikä johtuu suurista, hajoavista biomassamääristä (kasvi- ja eläin) yhdessä paineen ja lämmön kanssa. Kun tämä perusöljy on korjattu, se kuljetetaan jalostamoon, jossa se käy läpi kolme prosessia: erottaminen, muuntaminen ja puhdistus. Erotusprosessi tapahtuu suurissa tislaustorneissa, joissa öljy altistuu äärimmäiselle kuumuudelle aiheuttaen sen erottumisen kaasuiksi ja nesteiksi. Tuotteet erotetaan tornin pohjan ja yläosan lämpötilaerojen perusteella. Tuotteet vaihtelevat propaanikaasusta yläosan lähellä, dieselöljyn keskellä ja voiteluaineista pohjan lähellä. Seuraava vaihe dieselin tuotannossa on muuntaminen, johon yleensä liittyy katalyytin lisääminen eräisiin raskaampiin öljyihin erotusprosessista bensiinin, dieselin ja propaanin tuottamiseksi. Viimeinen vaihe prosessissa on puhdistus, ja siihen kuuluu yleensä tuotteiden altistaminen vedelle ja katalyytille rikin poistamiseksi.
Biodieselin tuotantoprosessi alkaa joko kasviöljyillä tai -rasvoilla (se voi olla myös eläinrasvoja), jotka sitten sekoitetaan alkoholin (tyypillisesti metanolin) ja katalyytin kanssa. Yleensä seos kuumennetaan, jolloin se reagoi, muuttaen rasvan glyseroliksi ja biodieseliksi. Ylimääräinen metanoli poistetaan molemmista tuotteista ja käytetään usein uudelleen. Sekä glyseriini että biodieseli voidaan puhdistaa ennen myyntiä, jälkimmäinen tislataan värin poistamiseksi.
