天然气-柴油两用燃料发动机同时使用天然气和柴油两种燃料。按照天然气燃料的供给方式，天然气-柴油两用燃料发动机可分为天然气进气道供给和天然气缸内直接喷射两种。天然气经由进气道供给的两用燃料发动机较为常见，而采用缸内直接喷射方式则有很大的困难，因而实际应用很少。双燃料天然气发动机大部分就是传统柴油机的另一种工作模式，不改变原发动机的压缩比，与两用燃料发动机相比，双燃料发动机使用更加灵活，不必对发动机进行大的改动。其工作原理主要是利用少量引燃柴油喷入气缸，待其压缩点燃后引燃喷入气缸的天然气和空气的混合气。