Nhiên liệu diesel là hỗn hợp hydrocacbon dễ cháy được tạo ra bằng cách chưng cất phân đoạn dầu mỏ, ở nhiệt độ từ 200 đến 360 độ C, là 392 đến 680 độ F. Hỗn hợp này chủ yếu bao gồm ankan, xicloalkanes và hydrocacbon thơm sở hữu từ 12 đến 20 nguyên tử cacbon.
Giống như hầu hết các hỗn hợp hydrocacbon, nhiên liệu diesel trơ về mặt hóa học. Các đặc tính hóa học của nó làm cho nó hữu ích như một loại nhiên liệu hoặc trong một số trường hợp, làm dung môi, làm cho nó tương tự như dầu hỏa. Nhiên liệu diesel bị oxy hóa rất chậm khi tiếp tục tiếp xúc với không khí. Nhiên liệu diesel có thể được mô tả bằng số cetan của nó, là thước đo chất lượng đánh lửa tỷ lệ nghịch với trị số octan của xăng. Hầu hết các động cơ diesel đốt nhiên liệu diesel có số cetan từ 50 trở lên.
Về mặt vật lý, nhiên liệu diesel xuất hiện dưới dạng chất lỏng không màu đến nâu nhạt với trọng lượng riêng từ 0,81 đến 0,96, làm cho nó ít đặc hơn nước. Nhiên liệu diesel đóng băng ở âm 8,1 độ C, tức là 17,5 độ F, khiến nó kém phù hợp cho các ứng dụng thời tiết lạnh so với xăng. Nhiên liệu diesel có trọng lượng riêng cao hơn, độ nhớt cao hơn và độ bay hơi thấp hơn so với xăng thông thường, nhưng nhiên liệu diesel chứa nhiều năng lượng trên một gallon hơn xăng do tỷ trọng cao hơn.
