曲軸可將活塞的往復運動轉變為旋轉運動，并把連桿傳采的切向力轉變為扭矩，對外輸出功率和驅動各輔助系統。曲軸由主軸頸、連桿軸頸、曲柄、曲軸平衡塊及曲軸前、后端組成。曲軸由前、后兩個主軸頸支承在主軸承上，多缸機的主軸承一般采用軸瓦形式(也有的用滾動軸承)，上瓦片帶油槽和油孔，裝在機體的軸承座內，下瓦片則裝在軸承蓋內。曲軸必須軸向定位，有的采用一道帶翻邊的主軸瓦(4125A 型柴油機)，裝在最后一道軸承上;有的則在中間主軸承上裝有止推片。發動機工作時，主軸承和主軸承座受力很大，因此安裝主軸承蓋時，要以規定扭矩擰緊主軸承螺栓，而且要用鎖片等鎖緊。
主軸頸和連桿軸頸都靠壓力油潤滑，機油從機體上的主油道壓送至主軸頸表面，再通過主軸頸與連桿軸頸之間的斜油道送到連桿軸頸表面。連桿軸頸內有圓柱形空腔，兩邊用油塞堵住，工作時可對機油進行離心凈化。工作一定時期后，空腔會沉積大量雜質，必須定期加以清除。
曲柄是主軸頸與連桿軸頸的聯接部分，其下端設曲軸平衡塊，用來平衡連桿軸頸等旋轉時所產生的離心力，減輕柴油機的振動，延長軸承的壽命。
曲軸前端裝有曲軸正時齒輪，用來驅動正時齒輪室中其他齒輪轉動，以完成配氣、調速、平衡等作用。多缸機的曲軸前端還裝有帶動水泵及風扇的三角皮帶輪和啟動爪。曲軸后端與飛輪聯接。在曲軸前后端都設置擋油盤，并在前端正時齒輪室蓋處和后端主軸承蓋外側都裝有油封，防止曲軸箱內的機油外漏。為了保證和曲軸同軸，油封座或回油擋板與機體都有定位銷定位。曲軸后端的密封裝置有的采用回油螺紋，如4125A 型柴油機。
