燃油在气缸内燃烧，将热能转换为由柴油曲轴输出的机械能，但并不用来直接驱动动轮；而是通过传动装置转换为适合机车牵引特性要求的机械能，再通过走行部驱动机车动轮在轨道上转动。
传动装置有三种：机械传动装置、液力传动装置和电力传动装置。装有电力传动装置的内燃机车，称为电力传动内燃机车。燃油机车：1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广泛使用。1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料，且结构简单、震动小、运行性能好，在工业国家普遍采用。
我国也在上海修建了世界第一条商用磁悬浮列车线，由地铁龙阳路站到浦东机场，这种列车悬浮于轨道之上，时速可达400－500公里。
