柴（chái）油機車，又稱內燃機車，是指以柴油發動機為動力來源，並通過傳動（dòng）裝置（zhì）驅（qū）動車輪的鐵路機車。內燃機穩定，不易出故障，速度快，啟（qǐ）動快，拉力大，效率大，聲音霸氣。司機駕駛操作方便（biàn）.於20世（shì）紀中期開始各地鐵路廣泛使用（yòng）。這些機（jī）車的功率輸出和效率比（bǐ）蒸氣（qì）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車種類，柴油（yóu）機（jī）車可以（yǐ）直接取（qǔ）代蒸（zhēng）汽機車（chē），不像電力機車（chē）必須（xū）依賴（lài）其他的電力傳送設施，如架空線或（huò）第三（sān）軌（guǐ）。柴油機車可按用途分類為貨運機車、客運機車、調車機車、廠礦機（jī）車和內燃動車組。自1950年代起，鐵路（lù）電氣化開始普遍應用，隨著技術進步，電力機車在牽引力、加速力、爬坡（pō）能力（lì）和高速（sù）度（dù）上逐漸超越柴油（yóu）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（bú）同，柴油機車的內燃機需經傳動方能把動力輸出到其車輪上，當機車停下時（shí），其引擎可（kě）繼續運作。依照動力傳動方式的不（bú）同，柴油機車又（yòu）可分（fèn）為（wéi）電力傳動（dòng）、液力傳（chuán）動、和機械傳動三大類。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）傳動，這是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（zhōu），尤其是德國，以電力為主要牽引動力，客車普遍（biàn）使用（yòng）高速列車，內燃機（jī）車居於次要的位置，大多用於（yú）中速輕載或（huò）調車作業，對功率要求（qiú）不高，而（ér）液傳（chuán）機車正擁有中低速牽引（yǐn）力較大的特點，所以這些柴油機車（chē）主要為（wéi）液力傳動。

機械傳（chuán）動柴油機車、像汽（qì）車的手動變速器様用變速箱和離合器。但機械結構的離合器難以（yǐ）承受高功率，而且變速箱結構就必然十分複雜和龐大（dà），以（yǐ）增加排檔數提供相對（duì）平穩（wěn）的變速性能，所以機械（xiè）傳動柴油機車（chē）功（gōng）率通常很低，傳（chuán）動效率低於液（yè）力傳動（dòng）和電力傳動，所以機械傳動多用於輕（qīng）型軌道車。