電気機関車
日本におけるその推移の詳細は日本の電気機関車史を、個々の車両形式については日本の電気機関車一覧、国鉄機関車の車両形式を参照。
かつては鉄道省・国鉄・JR以外の多くの鉄道事業者でも電気機関車が運用されていた。しかし、2000年代以降では鉄道貨物輸送を行う一部事業者を除けば、私鉄に在籍する機関車は少なくなっている。貨物輸送に関しては1984年2月1日国鉄ダイヤ改正による国鉄の貨物輸送体系の改革により、多くの私鉄で貨物輸送が廃止・削減されたことが主な理由である。また、機関車の運転には動力車操縦免許に加えて電車とは大きく異なる特殊技能が必要で、JR旅客会社では機関車の運転士を育成してもコスト的に見合わないという理由もある。新製車両の搬入や廃車回送など機関車を用いた車両輸送については、電車による牽引や自力回送で代用できることも多いため、電気機関車の需要自体も大幅に減少、ひいては消滅している。かつては貨物輸送における国内最大手の私鉄であった東武鉄道でも、2003年(平成15年)に貨物輸送を終了してから電気機関車を淘汰したため、新車搬入や廃車についても電車による牽引や自力回送を実施している。2015年(平成27年)4月1日現在、大手私鉄で電気機関車が在籍し、運用されているのは名古屋鉄道のみである。これは自社車輌のみならず名古屋市営地下鉄の車輌輸送でも名鉄線を利用しているためであり、同社のみの特殊な事情といえる。
架線から取り入れる電源の種類により、直流電気機関車、交流電気機関車、交流直流両用電気機関車に分類される。黎明期には、直流電源を使用するのが一般的であったが、後に大電力を送電できる交流電源を使用するものが実用化された。交流を使用する場合は、商用電源周波数の単相特別高圧を使用するが、初期には三相交流や低周波数を使用することもあった。集電方式は、高速運転にも適した架空電車線方式が一般的で、一部に第三軌条方式のものがある。
電気機関車と蒸気機関車では、前者の方が高性能とされている。これは、運動エネルギーに変換される以前のエネルギーを自車に蓄えず、架線から随時取り入れるため、死重となる炭水車や、重量の面で多くを占めるボイラーが不要で、重量の面で有利なことから言われてきた
しかし、過去にはこれに異論があった。電動機という電気機関車の動力源の特性上、電圧制御のために抵抗器を挿入しトルクを抑えた状態で起動し、加速とともにトルクを最大値にする必要があると、「誤解されて」いたためである。これに対して、蒸気機関は起動時から最大トルクを発生させることができる(カットオフを引き上げるに従いトルクは単調に減少する。起動時に最大トルクが生じると言う言い方の方が正確である)。
なお、ディーゼル車などの内燃機関を利用する際には、負荷を掛けた状態での機関始動が不可能であるため変速機を用いるか、電気式の構造とすることになる。前者において、摩擦クラッチを用いる場合は、トルクが減少する一方であるが、トルクコンバーターを使用する場合には、そのトルク増幅作用により機関とギヤボックスだけで作られるより大きなトルクを生じる。電気式ディーゼル車は実質的に電気車と同様であり、鉄道においては、摩擦クラッチで起動する例は実用レベルのものでは皆無であるため、同じ軸重、機関出力であれば、引き出し性能はディーゼル車が最も有利になり得る。