柴油锅炉以柴油为燃料燃烧供热，燃烧过程中会产生多种废气成分，其组成与柴油品质、燃烧效率、锅炉运行工况等因素密切相关。
柴油锅炉废气的主要成分包括氮气、氧气、二氧化碳和水蒸气，这四类物质占废气总量的99%以上。其中氮气主要来自参与燃烧的空气，本身不具备污染性；氧气是未完全参与燃烧反应的空气组分；二氧化碳是柴油中碳元素完全燃烧的产物，属于温室气体；水蒸气则是柴油中氢元素燃烧后的生成物。
除了上述主要成分，柴油锅炉废气中还含有少量污染物，是环保管控的重点。首先是氮氧化物，主要由空气中的氮气在高温燃烧环境下与氧气反应生成，也有部分来自柴油中含氮化合物的燃烧，会引发酸雨、光化学烟雾等环境问题，对人体呼吸系统也有损害。其次是二氧化硫，来源于柴油中的硫分燃烧，是形成酸雨的主要前驱物，会腐蚀设备、危害生态。
再者是颗粒物，包括未完全燃烧的碳烟、油雾以及灰分等，粒径较小的可吸入颗粒物会进入人体肺部，危害健康，同时也会造成大气能见度下降。此外还有一氧化碳，是柴油不完全燃烧的产物，属于有毒气体，会影响人体血液输氧能力。少量的碳氢化合物也是废气组分之一，来自未完全燃烧的柴油组分挥发或裂解，部分碳氢化合物具有毒性和致癌性，还会参与光化学烟雾的形成。
提升柴油品质、优化锅炉燃烧工况、配套合适的废气处理设施，是降低柴油锅炉废气中污染物含量的主要途径。