界大部份地方成为主要铁路机车种类，柴油机车可以直接取代蒸汽机车，不像电力机车必须依赖其他的电力传送设施，如架空线或第三轨。柴油机车可按用途分类为货运机车、客运机车、调车机车、厂矿机车和内燃动车组。自1950年代起，铁路电气化开始普遍应用，随着技术进步，电力机车在牵引力、加速力、爬坡能力和最高速度上逐渐超越柴油机车，因此现时柴油机车多在一些缺乏电气化的铁路区段行走。苏联的TEP80型是内燃机车的世界速度纪录保持者。它的最高速度是时速271公里/小时。
历史.1892年，德国工程师