柴油机动力装置，是指以柴油机作为主机的“船舶动力装置”。采用直接加热的方式，使柴油在气缸内燃烧而产生热能，并以燃气为介质将热能变为机械能。柴油机运动方式绝大部分为往复式。它是热效率较高的一种热机，且具有起动迅速、安全可靠、单位重量尺寸小、功率范围大等优点。因此船舶的主机及发电机原动机多用这种发动机。船用柴油机种类按完成一个工作循环的冲程数可分为四冲程和二冲程机；按充气方式可分为增压式和非增压式;按结构排列可分为十字头式和直筒式；按气缸排列形式可分为单列式和多列式；按转速或活塞平均速度可分为髙速机、中速机和低速机。大型低速柴油机和大功率中速柴油机，由于废气涡轮增压技术的应用，劣质燃料的使用及降低了比油耗，是现代船舶广泛应用的一种动力装置。

20世纪初，柴油机开始用于运输船舶。第一艘远洋柴油机船是1912年丹麦建造的“锡兰迪亚”号，主机为两台四冲程八缸柴油机，共1250马力，每分钟140转,直接驱动两个螺旋桨。1914年柴油机船占全世界船舶总吨位0.5%，到1940年上升为20%以上。其后，柴油机动力装置有一系列改进，主要有：以机械喷油取代用压缩空气喷油的方法；同时试制成废气涡轮增压器，提高了柴油机的功率和性能。在20世纪30年代柴油机开始燃烧重质柴油，降低了燃料费用。

早期柴油机的功率不大。第一次世界大战时期用于商船的最大柴油机功率仅4000马力，第二次世界大战前,单机功率达到20000马力。低速柴油机单机功率已达50000马力以上。

柴油机动力装置的最大优点是热效率高，燃料消耗明显地低于蒸汽机动力装置。现代船用柴油机大部分为低速机,转速约每分钟100转，可直接驱动螺旋桨。特别是在20世纪80年代初，出现了长冲程和超长冲程的低速机,每分钟转速降到70转以下,使螺旋桨发挥最佳效率。二战后，大功率的中速机被逐渐应用于船上。它将气缸排列成V字形,采用减速齿轮，既大大减轻了机身重量，又有利于提高螺旋桨效率。由于中速柴油机机身短小，可以减少机舱的面积和高度，因此特别适用于尾机舱船和机舱位于甲板下的海洋船舶上。

经过不断的改进，柴油机动力装置日臻完善，它的燃料消耗量最低，能使用廉价的渣油，可靠性较高，检修期间隔长达30000小时以上，热效率接近50%,因此成为应用最广的船舶动力装置。

但相反的它也具有污染较高的问题——长碳链有机化合物燃烧后易产生主要以碳粒为主的悬浮微粒（SS）与超细悬浮微粒（PM2.5），再加上高温高压下亦产生的氮氧化物（NOx，是光烟雾的主要造成原因）。不过柴油比汽油安定常温不易燃烧的优点，让柴油引擎也被使用于二战的潜水艇。使用高品质（超低硫）的柴油与较新的引擎及污染控制科技可以降低许多污染，但是直到近期的最新科技才能让柴油乘用车符合美国和日本的环保标准。

虽然柴油机的废气排放已经有所改善，但本身的制造成本仍然比汽油引擎为高。一般汽油引擎无需跟柴油引擎一样，要有坚固的构造及零件来应付更大的燃烧压力以及更高的压缩比，而且柴油机需要添置昂贵的部件（包括涡轮增压器、废气再循环系统、共管式喷射系统、柴油碳微粒滤清器、AdBlue等）才可以减低废气排放；欧洲车辆排气法规以降低碳排放为优先，因此很早就将柴油引擎用于乘用车上，日本以及美国则以抑制有害物质排放为优先，因此直到近期，柴油乘用车的市场占有率才明显上升。但发展显示，柴油引擎并无法在维持低氮氧化合物污染的前提下达到如预期中的低油耗，因此欧洲也开始认为乘用车使用柴油引擎的比例也将会下降（可以降低NOx排放的AdBlue对平价乘用车来说成本太高、不愿意加装AdBlue又要降NOx的方法只有增加油耗；许多车厂采取作弊方式，在测试污染时采取低排放高油耗模式、实际行车则采取低油耗高排放模式；因此大型柴油车的实际污染反而比较低——因为大型柴油车辆价格高空间够，都会加装AdBlue）。

另外，一些乘用车的车主会拆除微粒滤清器，这也成为官方开始反对柴油乘用车的理由。

1990年代意大利菲亚特汽车发明创新的高压共轨（High Pressure Common Rail）柴油动力装置，用电子控制的手段精确控制进入气缸的柴油供给量和供油时刻，且由于其供油管内的压力更高，进而提升燃料雾化的效果，燃烧更完全更干净，噪音与震动也大幅减少，成为新一代柴油动力装置的标准设计。

瑞士联邦理工学院的科学家开发了一种天然气一柴油混合动力装置，并将其配装在紧凑型汽车上，使CO:排放量达到56 g/km。对传统柴油机进行改造，使其可以燃用90%天然气。该发动机将少量柴油直接喷入气缸中，使其着火。采取上述措施，发动机的最大效率达到39.600。新型发动机电控燃烧机构的核心部件是1个，起着测量气缸压力的作用。在未来的5年中，它有可能被投人批量生产。