鐵路用於牽引列車的內燃機車，是採用內燃機作為動力裝置的機車，鐵路內燃機車用的內燃機絕大多數是柴油機，通過採用混合動力裝置；主柴油機驅動發電機，以恆速運轉，發電機向每個軸的牽引電機傳送電力，為車輪提供動力。
鐵路內燃機車主要由柴油機、主傳動裝置、輔助傳動裝置、車體(包括司機室)、走行部及各輔助系統組成，其中：機車輔助系統包括:燃油系統、機油系統、冷卻水系統、預熱系統、空氣制動系統及其他用風系統、控制系統、照明系統、充電系統、檢測系統、診斷系統和顯示記錄系統等。
內燃機的轉向架是由帶有車輪的兩根輪軸、牽引電機、傳動裝置、懸架和制動器構成的整個總成，負責支撐機車重量，提供推進力、懸架和制動系統。
內燃機的牽引電機為車輪提供推進動力，每根輪軸上有一臺牽引電機，每臺電機驅動一個小齒輪，與驅動軸上的較大齒輪相齧合，內燃機裝用的變速裝置可使最大運行速度達180km/h。
有的人可能認為內燃機車和汽車都是使用的內燃機，兩者的結構原理應是相同的。其實，它們是不完全一樣的，汽車是利用內燃機產生的動力直接推動車輪轉動，而內燃機車則是先通過內燃機帶動發電機產生電能，再用電能使電動機旋轉，從而驅動機車前進。所以，通常也將內燃機車稱做“電傳動內燃機車”。
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