O uso principal de combustível diesel está em motores a diesel. A invenção do motor diesel é creditada a Rudolph Diesel, que depositou a primeira patente de motor diesel em 1892. Seu uso de óleo de amendoim (em vez de um produto de petróleo) para alimentar um motor - demonstrado na feira de exposição de 1889 em Paris - poderia ser considerado a primeira tentativa de um combustível biodiesel. Diesel percebeu o design de seu motor como uma alternativa a outros motores da época que poderiam ser usados pelo homem comum sem depender de uma grande indústria. Atualmente, existem dois tipos principais de óleo diesel: óleo diesel à base de petróleo (às vezes chamado de petrodiesel), que é derivado do petróleo; e combustível biodiesel, feito com materiais orgânicos, tais como:
O óleo diesel que chega ao usuário final começa sua vida como óleo cru, resultado de grandes quantidades em decomposição de biomassa (vegetal e animal) combinadas com pressão e calor. Depois de colhido, esse óleo básico é transportado para uma refinaria onde passa por três processos: separação, conversão e purificação. O processo de separação ocorre em grandes torres de destilação, onde o óleo é exposto ao calor extremo, fazendo com que se separe em gases e líquidos. Os produtos se separam com base nas diferenças de temperatura entre a parte inferior e superior da torre. Os produtos variam de gás propano na parte superior, diesel no meio e lubrificantes na parte inferior. A próxima etapa na produção de diesel é a conversão, que geralmente envolve a aplicação de um catalisador em alguns dos óleos mais pesados do processo de separação para criar mais gasolina, diesel e propano. A etapa final do processo é a purificação e geralmente envolve a exposição dos produtos ao hidrogênio e a um catalisador para a remoção do enxofre.
O processo de produção de biodiesel começa com óleos vegetais ou gorduras (também podem ser gorduras animais) que são então misturados com álcool (metanol, normalmente) e um catalisador. Geralmente, a mistura é então aquecida, fazendo com que ela reaja, transformando a gordura em glicerina e biodiesel. O excesso de metanol é removido de ambos os produtos e frequentemente reutilizado. Tanto a glicerina quanto o biodiesel podem ser purificados antes da venda, sendo este último destilado para remover a cor.