柴油（yóu）機車，又稱內燃機車，是指以柴油發（fā）動機為動力來源，並通過傳動裝置驅動車輪的鐵路機車。內燃機穩定，不易出故障，速度快，啟動快，拉力大，效率（lǜ）大，聲音霸（bà）氣。司機駕駛操作（zuò）方便（biàn）.於20世紀中期開始各地鐵路廣泛使用。這些機車的功率輸出和效率比蒸氣機車高，自20世紀中開始在大部份地方（fāng）成為主要鐵路機車種類，柴油機車可以直接取代蒸汽機車，不像電（diàn）力機車（chē）必須（xū）依賴其他的電力（lì）傳送設施，如（rú）架空線或第三軌。柴油機車可按用途分（fèn）類為貨運（yùn）機車、客運（yùn）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（biàn）應用（yòng），隨著技（jì）術進步，電力機車在（zài）牽引力、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路區段行走。

與（yǔ）蒸氣引擎不同，柴油（yóu）機車的內燃機需經傳動方能（néng）把動力（lì）輸（shū）出（chū）到（dào）其車輪上，當機車停下時，其引（yǐn）擎可繼續運作。依照動力傳動（dòng）方式的不同，柴油機車又可分為電力傳動、液（yè）力傳動、和機械傳動三大類。在鐵路發展方向為重載（zǎi）和高速的時代，大部（bù）分的柴油機車都是采用電力傳動，這是（shì）因為液傳機車無（wú）法發展為單機（jī）大功率內燃機車。而在日本和（hé）歐洲，尤其是德國，以電力為主要牽引動（dòng）力，客（kè）車普遍使用高速列車，內燃機車居於次要的位（wèi）置，大多用於中速輕載或調車作（zuò）業，對功率要求（qiú）不高，而液傳機車正擁有中低速牽引力較大（dà）的特點，所以這些柴（chái）油機車主要為（wéi）液力傳動。

機械傳動柴油機車、像汽車的手動變速器様（yàng）用變速（sù）箱和離合器。但機械結構的（de）離合器難以承受高功率，而（ér）且變速箱結（jié）構就必然十分複雜和龐（páng）大，以增加排檔數提供相對平穩的變速性能，所以（yǐ）機械傳動柴油機車功率通常（cháng）很（hěn）低，傳動效率（lǜ）低於液力傳動和電力傳動，所（suǒ）以機械傳動多用（yòng）於輕型軌道車。