傳統機械式燃油噴射系統，主要包括：油箱、低壓輸油泵、燃油濾清器、高壓燃油泵、噴油器以及油管等。工作過程是：發動機曲軸通過齒輪帶動噴油泵的凸輪軸轉動，把燃油從油箱送到輸油泵，形成低壓，再經過燃油濾清器，一部分供給高壓的噴油泵，另一部分回到油箱。進入噴油泵的燃油，通過高壓油管輸送到噴油器，當壓力超過噴油器的開啟壓力時，噴油器開啟，進行噴油。

柴油噴油泵的控制依賴於發動機，主要體現在：發動機給噴油泵提供動力，發動機每旋轉2圈各缸做功1次，噴油泵旋轉1圈，對各缸進行1次燃油噴射。這樣來看，噴油泵噴油的大體時刻就由發動機間接控制，並且柴油機供油壓力隨發動機轉速的變化較大。噴油提前器是在發動機轉數較高的時候使噴油泵的凸輪軸相應地提前一個角度，滿足發動機高速時的要求。調速器是通過感應元件感知發動機的各種工況，對柴油發動機進行控制，主要是滿足怠速時的穩定性和超過標定轉速時的斷油，其餘工況依靠感應元件和調速器內的彈簧的平衡來穩定發動機的轉速。

機械柴油噴射與電控共軌柴油噴射的差異主要表現在燃油的供給方式和對噴油時刻的選擇上。

傳統機械式噴油系統高壓油管內的油壓是瞬間脈動高壓，主要是由柱塞連續供油形成的。這種脈動對於噴油器噴油的穩定性有很大的影響，使得噴油器容易產生噴油波動，在高壓油管中使燃油產生壓力波，壓力波在高壓油管中來回振盪，在下一迴圈中會產生波動的疊加或減弱效應。由此，噴出的油霧顆粒不均勻，易出現二次噴射或多次噴射，從而燃燒不充分，經濟性變差，動力性下降，熱效率降低，排放物增加。

傳統機械式噴油系統的噴油量主要是受負荷的影響，負荷調整噴油量即通過提前器和調速器對此油量進行修正，但不能實現精確的控制。