ディーゼル機関車
蒸気機関車の構成要素も参照。)がドイツ国鉄(現ドイツ鉄道)向けに製造され、V3201という形式を与えられたが、本格的な実用化には至らなかった。また、蒸気機関車は発進時の発生トルクは高いが、取り扱いはディーゼル機関車の方が優れているため、両者の長所を生かすべく、蒸気機関とディーゼルエンジンを搭載したキトソン=スティル蒸気ディーゼル機関車(Kitson-Still Steam-Diesel Locomotive)も製造されたが、出力と経済性で蒸気機関車を超えることができず開発が放棄された。
その後、機械式・電気式・液体式の動力伝達機構の開発が進められ、これにより1930年代から電気式ディーゼル機関車が米国などで本格的に実用化された。1950年代からドイツが大型の液体変速機開発し1960年代以降は2,000 PS級のエンジンを搭載した機関車が多数製造されるようになり、幹線での列車牽引に多く使用されるようになった。
現在、先進国・発展途上国の別を問わず、世界各国の非電化路線で用いられている内燃機関車の多くはディーゼル機関車である。国によっては5,000 PSを超える出力をもつ機関車もある。動力伝達機構としては、運転や保守が容易で伝達効率の良い電気式が主流である。形態としては、運転台を一か所にまとめたものが多い。
近年、環境問題(機関車からの排気ガスによる大気汚染・酸性雨・地球温暖化など)の高まりとともに、従来、環境負荷の少ないとされてきた鉄道車両にもエネルギー効率の向上が求められつつある。発電機、電動機の交流化、コンピューター制御の大幅な採用等、技術革新の成果を取り入れて改良が進められつつある。
内燃機関により動力を取り出し、動力伝達装置を介して動力を車軸(動輪)へ伝達し、車輪を回転させて駆動する。動力伝達方式には機械式・電気式・液体式の3種類がある。
動力伝達方式の詳細については、「気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式」を参照されたい。