柴油本身主要由碳氫化合物組成，通常被認為是無毒的，但其在燃燒過程中會產生多種有害物質，如一氧化碳、氮氧化物和顆粒物等，這些物質對人體健康有潛在的不良影響。短期內暴露於這些物質可能會導致呼吸道疾病、哮喘等。長期暴露於柴油廢氣還可能增加患肺癌的風險。
誤食柴油可能對神經系統造成損害，儘管人體的消化系統很難吸收柴油，且現代柴油多為無鉛柴油，基本不含重金屬等雜質，但如果誤食較多，可能會引起噁心、腹瀉、嘔吐、腹部不適和頭暈等症狀。若柴油接觸皮膚，可能會引起接觸性皮炎，表現為皮膚發紅、瘙癢、丘疹等。嚴重情況下，柴油中毒可能導致昏迷和死亡。
此外，柴油中的硫和其他有害物質還可能對發動機和燃油系統造成損害。