Bei der Direkteinspritzung wird der Kraftstoff unter sehr hohem Druck (z.T. mehr als 2000 bar) direkt in die Zylinder eingespritzt. Der Druckaufbau geschieht dabei entweder in einem Common-Rail oder einem Pumpe-Düse-Element, wobei sich abzeichnet, dass sich die Common-Rail-Technik auf breiter Front durchsetzt. In älteren Konstruktionen wurde der Einspritzdruck auch von konventionellen Verteilerpumpen bereitgestellt. Damit ließen sich maximale Drücke von ca. 1000 bar realisieren.
Der Vorteil der Direkteinspritzung beim Dieselmotor liegt in der besseren Effizienz der Verbrennung, was den Kraftstoffverbrauch verringert. Demgegenüber weisen direkteinspritzende Dieselmotoren allerdings deutlich höhere Vibrationen und ein lauteres Verbrennungsgeräusch auf („nageln“). Dieses Problem kann jedoch durch Steigerung des Einspritzdrucks verringert werden. Durch die heute aktuellen, sehr hohen Einspritzdrücke und die Möglichkeit der Mehrfacheinspritzungen ist dieser Effekt kaum mehr spürbar. In den 70er Jahren gab es bereits erste Nutzfahrzeugmotoren (Magirus) mit Direkteinspritzung. Der Einspritzdruck war damals deutlich geringer als heute. Da im Nutzfahrzeug die Effizienz der Motoren als weit wichtiger betrachtet wurde, als der Fahrkomfort, wurde der sehr raue Motorlauf in Kauf genommen. Im Pkw-Bereich wurde die Diesel-Direkteinspritzung 1986 im Fiat Croma TD i.d. erstmals eingeführt. Mittlerweile handelt es sich bei aktuellen Diesel-Pkws ausschließlich um Direkteinspritzer.