Winterdiesel ist ein Dieselkraftstoff, dem Additive zugemischt sind, die das Ausflocken von Paraffinen bei niedrigeren Temperaturen reduzieren. Ohne diese Zusätze bilden sich in den Kraftstoffleitungen Paraffinkristalle, die durch Verstopfen des Kraftstofffilters ein Durchfließen des Dieselkraftstoffs vom Tank zum Motor verhindern. Die Filtrierbarkeitsgrenze (engl.: Cold Filter Plugging Point, CFPP), bei dem ein Prüffilter unter definierten Bedingungen verstopft, ist im Winterdiesel gegenüber dem Sommerdiesel deutlich herabgesetzt.
Ein weiterer Grund für das Einfrieren des normalen Dieselkraftstoffs ist, dass dieser bis zu 8 Prozent Wasser aufnehmen kann, das dann im Winter gefriert. Viele Diesel-Pkw sind mit einer Filter-Vorwärmung ausgestattet, die den Betrieb mit Winterdiesel über den beim CFPP angegebenen Temperaturwert hinaus sicherstellen.
Winterdiesel hat tendenziell eine niedrigere Cetanzahl als Sommerdiesel, da beim Winterkraftstoff wegen der notwendigen Kälteeigenschaften auf höhersiedende Komponenten teilweise verzichtet werden muss.