ガソリンスタンドで販売されているガソリンは、日本産業規格（JIS規格）によって厳格に品質が定められています。レギュラーとハイオクの違いを語る上で最も基本となるのが、異常燃焼の起こりにくさを示す「オクタン価」です。
JIS K 2202の規定において、レギュラーガソリンはオクタン価89以上、ハイオクガソリン（高オクタン価ガソリン）はオクタン価96以上と定義されています。現在日本国内で流通している市販ハイオクは、石油各社の独自配合により実測オクタン価98〜100程度の極めて高い水準を維持しています。
ガソリンエンジンは、吸気した空気と燃料の混合気をシリンダー内で圧縮し、スパークプラグの火花で着火・爆発させて動力を得ます。しかし、高出力・高圧縮比のエンジンでは、火花が飛ぶ前に熱と圧力によって混合気が自己着火してしまう現象が発生します。これがエンジン内部から「カンカン」「カリカリ」という金属打撃音を発するノッキング現象の原因です。オクタン価が高いガソリンほど、この自然発火に耐える性能が高く、高負荷時でも設計通りの理想的な燃焼を維持できます。
店頭でのガソリン価格差の理由は、高度な精製プロセスと付加価値成分に起因します。原油の常圧蒸留装置から得られる粗ガソリン（ナフサ）をそのまま使うだけでは高オクタン価は得られません。触媒を用いて分子構造を作り変える「接触改質装置」や「アルキレーション装置」といった高コストなプラント設備を経て高オクタン価基材を製造し、さらに燃焼室内の汚れを除去・防止するエンジン清浄剤の添加効果を付与しているため、1リッターあたり約11円前後の製造・原価差が生じる構造になっています。
なお、給油間違いで深刻なトラブルになりやすいのが軽油とガソリンの違いです。軽油はディーゼルエンジン専用の燃料であり、自己着火温度が低くセタン価で品質が管理されています。ガソリン車に軽油を給油したり、ディーゼル車にガソリンを給油したりすると、燃料ポンプの焼き付きや燃焼不良による即座のエンジン停止を引き起こすため、油種の根本的な分類を混同してはなりません。
