二沖程柴油機的工作原理是在曲軸旋轉一圈內完成進氣、壓縮、膨脹和排氣這四個過程。

在燃燒膨脹及排氣沖程中，燃油燃燒生成高溫高壓燃氣，推動活塞由上止點向下運動做功。當氣缸內壓力接近掃氣壓力時，下行活塞打開掃氣口，掃氣空氣進入氣缸，同時廢氣經排氣口排出。活塞運行到下止點，本沖程結束。

在掃氣及壓縮沖程中，排氣口關閉，氣缸中的空氣開始被壓縮。壓縮至上止點前點時，噴油器噴油，與高溫高壓空氣混合自行著火燃燒。活塞由下止點向上移動，在遮住掃氣口前，掃氣泵提供的空氣通過掃氣口進入氣缸，將殘存廢氣經排氣口掃出。

第一行程，活塞從下止點向上止點移動，進氣孔和排氣孔同時開啟，新鮮空氣進入氣缸，壓縮空氣推動廢氣排出。

第二行程，噴油器在上止點附近噴油，壓縮空氣引發燃燒，推動活塞下行，廢氣排出。

在第一個沖程中，活塞從下止點運動到上止點。活塞在下止點時，進氣閥和排氣閥打開，掃氣泵將純凈空氣加壓送入氣缸，排出廢氣。活塞向上運動關閉進氣口時，排氣閥也關閉，空氣開始被壓縮，至上止點壓縮結束。

在第二沖程中，活塞從上止點移動到下止點。壓縮結束時，高壓柴油噴入氣缸自燃，燃燒氣體推動活塞做功。活塞下移 2/3 沖程時，排氣門打開，廢氣排出。活塞繼續下移，進氣口打開，掃氣泵的空氣進入氣缸掃氣，掃氣持續到活塞向上移動關閉進氣口。

二沖程柴油機的進氣孔設置在氣缸底部，排氣門位于氣缸蓋上。為保證燃燒效率和新鮮空氣，需要掃氣泵，將空氣壓縮到高壓送到儲氣室。

二沖程柴油機有筒形活塞式和十字頭兩種，運動部件有活塞、活塞桿、十字頭、連桿、曲軸等，固定部件有機座、主軸承、機架、導板、氣缸體、氣缸套、氣缸蓋、掃氣箱等，且都設有專門的掃氣泵或增壓器供給掃氣空氣。