康明斯發動機是四沖程高速柴油機，其工作原理主要由進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程完成一個工作循環。

首先是進氣沖程，進入氣缸的工作介質是純空氣，由于進氣系統阻力小，進氣終端壓力較高，進氣終溫較低。

接下來是壓縮沖程，由于壓縮的工質是純空氣，柴油機的壓縮比高于汽油機，壓縮結束時壓力和溫度都很高。

在動力沖程，當壓縮沖程接近尾聲時，高壓油泵將柴油以高壓噴入氣缸燃燒室，短時間內與空氣混合后立即點燃燃燒，氣缸內氣體壓力迅速上升，由于是通過壓縮自燃，所以稱為壓燃式發動機。

最后是排氣沖程，排氣和汽油機基本相似，只是排氣溫度比汽油機低。

康明斯發動機的曲柄連桿機構是進行工作循環、完成能量轉換的主要機構，包括機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組三大局部。機體組主要由汽缸體、曲軸箱、汽缸套、汽缸墊、油底殼和汽缸蓋等組成，是柴油機的骨架。

活塞連桿組主要由活塞、活塞環、活塞銷、連桿及連桿軸承等零件組成，活塞與汽缸蓋、汽缸壁等共同組成燃燒室，承受氣體壓力并通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸旋轉。

曲軸飛輪組主要由曲軸、飛輪、扭轉減振器、皮帶輪、正時齒輪等組成。

康明斯 NTA855 型柴油機汽缸體為灰鑄鐵鑄造，采用單體可拆卸濕式缸套，冷卻效果好，采用兩缸一蓋，每個缸均采用四個氣門。汽缸蓋一側有進氣道，另一側有排氣道。

活塞由耐熱性和耐磨性良好的共晶硅鋁合金制成，屬于直接噴射式燃燒室，在活塞頂部有ω形凹坑，有三道氣環、一道油環。

康明斯發動機缸內壓縮制動(iBrake)只有在減速狀態下進行，發動機壓縮制動不向氣缸噴油，在壓縮沖程后期 iBrake 打開排氣門放氣，之后關閉排氣門，做功沖程活塞下行相當于抽真空，阻礙曲軸旋轉實現制動效果。在排氣凸輪上增加了一個額外的升程，ECM 通過一套集成在排氣搖臂上的裝置，改變排氣門的氣門間隙。制動 iBrake 工作過程包括發動機制動不開啟和開啟時的不同狀態，以及制動解除的多種情況。