Le carburant diesel est un mélange inflammable d'hydrocarbures obtenu par distillation fractionnée du pétrole, qui se produit entre 200 et 360 degrés Celsius, soit entre 392 et 680 degrés Fahrenheit. Le mélange est principalement composé de alcanes, cycloalcanes et hydrocarbures aromatiques possédant entre 12 et 20 atomes de carbone.
Comme la plupart des mélanges d'hydrocarbures, le carburant diesel est chimiquement inerte. Ses propriétés chimiques le rendent utile comme carburant ou, dans certains cas, comme solvant, ce qui le rend similaire au kérosène. Le carburant diesel s'oxyde très lentement lors d'une exposition continue à l'air. Le carburant diesel peut être décrit par son indice de cétane, qui est une mesure de la qualité d'allumage inversement proportionnelle à l'indice d'octane de l'essence. La plupart des moteurs diesel brûlent du carburant diesel avec un indice de cétane de 50 ou plus.
Physiquement, le carburant diesel se présente sous la forme d'un liquide incolore à brun clair avec une densité de 0,81 à 0,96, ce qui le rend moins dense que l'eau. Le carburant diesel gèle à une température négative de 8,1 degrés Celsius, soit 17,5 degrés Fahrenheit, ce qui le rend moins adapté aux applications par temps froid que l'essence. Le carburant diesel a une densité plus élevée, une viscosité plus élevée et une volatilité plus faible que l'essence conventionnelle, mais le carburant diesel contient plus d'énergie par gallon que l'essence en raison de sa densité plus élevée.