柴油機車，又稱內燃機車（chē），是指以柴油發動機（jī）為動（dòng）力來源，並通過傳動裝置驅動車輪的鐵路機車。內燃（rán）機穩定，不易出（chū）故障，速度快，啟動（dòng）快，拉力大，效率大，聲音（yīn）霸氣。司機駕駛（shǐ）操作方便.於20世紀中期（qī）開（kāi）始各地鐵路廣泛使用。這些機車的（de）功率輸出和效（xiào）率（lǜ）比（bǐ）蒸氣機車高，自20世紀中開始在大部份地方成為主要鐵路機車種類，柴油機車可以直接取代蒸汽機（jī）車（chē），不像電力機車必須依賴其他的電力傳送設施，如架空線或第三軌。柴油（yóu）機車可按用途分類為貨（huò）運機車、客運機車、調（diào）車機車（chē）、廠礦機車（chē）和內燃動車組。自1950年代（dài）起，鐵路電氣化開始（shǐ）普遍應用，隨著技術進步，電（diàn）力機車在牽引力（lì）、加（jiā）速力、爬坡能（néng）力和高速度上逐漸超越柴油機車，因此現時柴油機車多在些缺乏電氣化的鐵路區段行走。

與蒸氣引擎不同，柴油機車（chē）的內燃機需經傳動方能把動力輸出到其車輪（lún）上，當（dāng）機車停下時，其（qí）引擎可繼續運作。依照動力傳動方式的不同，柴油機車又可分（fèn）為電力傳動、液力傳動、和機械傳動（dòng）三大類。在鐵路發展方向為重載和高速的時代，大部分的柴（chái）油機（jī）車（chē）都是采用電力傳動，這是因為液傳（chuán）機車無法發展為單機（jī）大功率內燃機車。而在日本和歐洲，尤其是德國，以電力為主要牽引動力，客車普遍使用高速列車，內燃機車居於次要的位置，大多用於（yú）中速輕載或調車作業，對功率要（yào）求（qiú）不高（gāo），而液傳機（jī）車正擁有中低速牽引（yǐn）力較大的特點，所以這些柴油（yóu）機車主要為液力傳動。

機械傳動柴油機車、像汽車的手動變速器様用變速箱和離合器。但（dàn）機械結構的（de）離合器難（nán）以承受高功率，而且變速箱結構就必然十分複雜和龐大，以增（zēng）加排檔數提供相對平穩的變速性能，所以機械傳動柴油機車功率通常很低（dī），傳（chuán）動效率低（dī）於液力傳動和電（diàn）力（lì）傳動，所以機械傳動多用於輕型軌道車。