柴（chái）油機車，又稱內燃機車，是指以柴油發（fā）動機為動力來源，並通過傳動裝（zhuāng）置驅動車輪的（de）鐵路機（jī）車。內燃機穩定，不易出故障，速度快，啟動快，拉力大，效率大，聲音霸氣。司機駕駛操作方便.於20世紀中期開始各地鐵路廣泛使用。這（zhè）些機車的功率輸出和效率比蒸氣機車高，自（zì）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（kě）以直接取代蒸汽機車（chē），不像電力機（jī）車必須依賴其（qí）他的（de）電力傳送（sòng）設施，如架空（kōng）線或第三軌。柴（chái）油機車可（kě）按用途分類為貨運機車、客運機車、調車機車、廠礦機車和內燃動車組。自1950年代起（qǐ），鐵路電氣化開始普遍應用，隨著技術進步（bù），電力（lì）機（jī）車在牽引力（lì）、加速力、爬坡能力和高速度上逐漸超越柴油機車，因此現時（shí）柴油機車多在些缺乏電氣化的鐵（tiě）路區段行走。

與蒸氣引擎不同，柴（chái）油機車的內燃機需經傳（chuán）動方能把動力輸出到其車輪上，當機車停下時，其引擎可繼續運作。依照動力傳動方式的（de）不同，柴油機車又可分為（wéi）電力傳動、液力傳（chuán）動、和（hé）機械傳動三大類。在鐵路發展方向為重載和高速的時代，大部分的柴油機車都是采用電力（lì）傳（chuán）動，這是（shì）因為液傳機車無法發展為單機大功率內燃機車。而在日本和歐洲，尤其是德國，以電（diàn）力為主要（yào）牽引動力，客車（chē）普遍（biàn）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（gōng）率要求不高，而液傳機車正擁有中低速牽引力較大的特點，所以這些柴油機車主要為液力傳動。

機械傳動（dòng）柴油機車、像汽車的手動（dòng）變速（sù）器様用變速（sù）箱（xiāng）和離合器（qì）。但機械結構（gòu）的離合器難以承受高功率，而（ér）且變速（sù）箱結構就必然十（shí）分複雜和龐大，以增加排檔數提供相對平穩的變速性能，所以機械（xiè）傳動柴油機車功率（lǜ）通常很低，傳動效率低於液力傳動和電力傳（chuán）動，所以機械（xiè）傳動多用於輕型軌道車。