柴油机车以内燃机为主要动力，传动装置驱动车轮转动的机车。按照机车内燃机燃料种类的划分，我国铁路上使用的机车绝大多数都配有柴油机。燃料(柴油)在气缸中燃烧，将热能转化为柴油曲轴输出的机械能，而不是直接驱动动力轮，而是通过传动装置转化成符合机车牵引特性要求的机械能，再通过走行部驱动机车动轮在轨道上转动。

柴油机车是最常用的一种。“内燃机车”这个概念在中国通常指柴油机车。在内燃机车的内燃机与动轮之间增加一种与发动机同等重要的传动装置，并具有牵引特性。驱动装置分为三种：机械传动装置、液压传动装置和电力传动装置。内燃机车，装有电力驱动装置，也就是电力驱动内燃机车，等等。