Beim Ottomotor wird der Kraftstoff in der Regel vor dem Zylinder, im Saugrohr in die Ansaugluft eingespritzt. Im Gegensatz zu dieser Saugrohreinspritzung wird bei der Direkteinspritzung direkt in den Zylinder eingespritzt. Grundsätzlich können dabei zwei Arten der Gemischbildung unterschieden werden: Homogen oder geschichtet

Wird der Motor homogen betrieben, wird der Kraftstoff bereits zu Beginn des Ansaugvorgangs in den Brennraum eingespritzt. Der Kraftstoff kann sich in der verhältnismäßig langen Zeit bis zur Zündung mit der Luft zu einem homogenen Gemisch verbinden. Der Brennverlauf ist dadurch dem der Saugrohreinspritzung sehr ähnlich. Es kann aber die Verdampfung des Kraftstoffstrahls im Zylinder zur zusätzlichen Kühlung genutzt werden. Dadurch kann die Kompression des Motors angehoben werden, was dem Verbrauch zu Gute kommt.

Im geschichteten Betrieb wird der Kraftstoff erst kurz vor der Zündung in den Brennraum eingespritzt, so dass sich nur um die Zündkerze herum ein brennfähiges Gemisch befindet. Dadurch ist es möglich durch die Kraftstoffmenge, unabhängig von der Menge der angesaugten Luft, das Motordrehmoment (Kraft) zu regeln. Dadurch kann die Drosselklappe voll geöffnet werden, was die Drosselverluste erheblich reduziert. Dies führt zu einem sehr deutlichen Rückgang des Verbrauchs. Dies erfordert jedoch einen erheblichen Steuerungsaufwand, was bisher dazu geführt hat, das nur sehr wenige Hersteller geschichtet betriebene Motoren anbieten.

Einer der ersten Pkws mit Direkteinspritzung war der berühmte Mercedes SL 300 (Flügeltürer) von 1954.

Zur Verbrauchsreduktion bieten mittlerweile fast alle Hersteller direkteinpritzende Ottomotoren an. Dabei handelt es sich in den meisten Fällen um homogene Direkteinspritzer.