気動車
自動車のように原則として一方向にしか進めない気動車は単端式気動車と呼ばれる。英語の「Single ended car」の訳語とされ、日本車輌製造が1931年頃より自社のカタログで使用していた。変速機には逆走位置もあるが、逆走は入換時など短時間に限られ、通常は終点で何らかの方法で進行方向を逆向きにする必要がある。アメリカ合衆国では転車台が幅広く整備されており、単端式気動車が長期間使用された。
1920年代の日本では、ガソリンエンジン・変速機などの量産自動車用パワーユニットを流用し、当時のバス相当のシンプルな車体を備えた単端式気動車が多数就役しており、ことに「軌道自動車」を商品名とした日本車輌製造製のそれは、設計の規格化と量産効果による製作コストの低減、それに運用の容易さによる高頻度運転の実現などにより、地方の弱小鉄軌道が1920年代当時、急速に台頭し始めていたバスに対抗する上で大きな成果を上げたことで知られている。
JR北海道でも既存の液体式気動車キハ40系と置き換えるための電気式気動車をJR東日本と共同で開発し、GV-E400系をベースとしたH100形が導入された。JR東日本で導入される電気式気動車と同型の試作車(量産先行車)を製作し、走行試験等による冬期の検証を2年行った上で、2019年(平成31年)度以降に量産車の製造を予定し、極寒冷地対策を考慮した変更を加えている。JR西日本ではディーゼル・エレクトリック方式車両の次世代型気動車であるDEC700形を開発中で、今後各種技術検証を実施する予定である 。なお、JR四国ではこれらの技術を採用した気動車はなく、最新の2700系でも引き続き液体式を採用しているが、ハイブリッド方式の電気式気動車を2025年度までに開発するとしている。
1920年代から法規上併用軌道に該当する路線でガソリンカーを運行した事例は存在したが、本格的な事例として札幌市交通局は1958年に軌道線(路面電車)の延伸開業時に電化設備を省略するため、軌道線仕様で低床式の路面電車ならぬ路面気動車を導入した。これは車体形状や台車規格などに路面電車並みの構造を用いたものである。1967年に電化されて路面気動車も大半が通常の電車に改造された。
ドイツでは市内の路面電車と一般鉄道を直通する路面電車が運行されており、ノルトハウゼン市電の「コンビーノ・デュオ」は市街地では電車、郊外では気動車として走る電気・ディーゼル両用車両となっている。
自動車のマニュアルトランスミッション車同様に、多段変速機とクラッチを用いる原始的方式だが、伝達効率は良い。過去においてはそれぞれ手動操作であり、日本では1950年代前半まで主流だったが、クラッチ容量の限界による出力向上の制約や、当時の日本ではこの方式による総括制御の研究が進まなかったため、1960年代までにほぼ廃れた。欧州では総括制御技術が開発されたこともあり採用例が多く、特にイギリスでは1980年代初頭の統計では電気式、液体式の合計よりも車輌数が多く 気動車の主流となっていた。
ただし昨今の技術向上に伴い、電子制御による総括制御が可能になったこともあり、次項の流体式との差は小さくなってきている。デンマークでは機械式気動車を用いた200 km/h運転の試験が行われているが、これは多段変速液体式のトルクコンバータ(略称・トルコン)を省略して摩擦クラッチのみの装備に置換したものである。