柴油機(jī)車(chē)，又稱內(nèi)燃機(jī)車(chē)，是指以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力來(lái)源，并通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車(chē)輪的鐵路機(jī)車(chē)。內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定，不易出故障，速度快，啟動(dòng)快，拉力大，效率大，聲音霸氣。司機(jī)駕駛操作方便.于20世紀(jì)中期開(kāi)始各地鐵路廣泛使用。這些機(jī)車(chē)的功率輸出和效率比蒸氣機(jī)車(chē)高，自20世紀(jì)中開(kāi)始在大部份地方成為主要鐵路機(jī)車(chē)種類，柴油機(jī)車(chē)可以直接取代蒸汽機(jī)車(chē)，不像電力機(jī)車(chē)必須依賴其他的電力傳送設(shè)施，如架空線或第三軌。柴油機(jī)車(chē)可按用途分類為貨運(yùn)機(jī)車(chē)、客運(yùn)機(jī)車(chē)、調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)、廠礦機(jī)車(chē)和內(nèi)燃動(dòng)車(chē)組。自1950年代起，鐵路電氣化開(kāi)始普遍應(yīng)用，隨著技術(shù)進(jìn)步，電力機(jī)車(chē)在牽引力、加速力、爬坡能力和高速度上逐漸超越柴油機(jī)車(chē)，因此現(xiàn)時(shí)柴油機(jī)車(chē)多在些缺乏電氣化的鐵路區(qū)段行走。

與蒸氣引擎不同，柴油機(jī)車(chē)的內(nèi)燃機(jī)需經(jīng)傳動(dòng)方能把動(dòng)力輸出到其車(chē)輪上，當(dāng)機(jī)車(chē)停下時(shí)，其引擎可繼續(xù)運(yùn)作。依照動(dòng)力傳動(dòng)方式的不同，柴油機(jī)車(chē)又可分為電力傳動(dòng)、液力傳動(dòng)、和機(jī)械傳動(dòng)三大類。在鐵路發(fā)展方向?yàn)橹剌d和高速的時(shí)代，大部分的柴油機(jī)車(chē)都是采用電力傳動(dòng)，這是因?yàn)橐簜鳈C(jī)車(chē)無(wú)法發(fā)展為單機(jī)大功率內(nèi)燃機(jī)車(chē)。而在日本和歐洲，尤其是德國(guó)，以電力為主要牽引動(dòng)力，客車(chē)普遍使用高速列車(chē)，內(nèi)燃機(jī)車(chē)居于次要的位置，大多用于中速輕載或調(diào)車(chē)作業(yè)，對(duì)功率要求不高，而液傳機(jī)車(chē)正擁有中低速牽引力較大的特點(diǎn)，所以這些柴油機(jī)車(chē)主要為液力傳動(dòng)。

機(jī)械傳動(dòng)柴油機(jī)車(chē)、像汽車(chē)的手動(dòng)變速器様用變速箱和離合器。但機(jī)械結(jié)構(gòu)的離合器難以承受高功率，而且變速箱結(jié)構(gòu)就必然十分復(fù)雜和龐大，以增加排檔數(shù)提供相對(duì)平穩(wěn)的變速性能，所以機(jī)械傳動(dòng)柴油機(jī)車(chē)功率通常很低，傳動(dòng)效率低于液力傳動(dòng)和電力傳動(dòng)，所以機(jī)械傳動(dòng)多用于輕型軌道車(chē)。