內燃柴油機車以內燃機作為原動力，通過傳動裝置驅動車輪轉動的機車。根據機車上內燃機的燃料種類劃分，在我國鐵路上采用的內燃機車絕大多數配備柴油機。燃油（柴油）在汽缸內燃燒，將熱能轉換為由柴油曲軸輸出的機械能，但并不用來直接驅動動輪，而是通過傳動裝置轉換為適合機車牽引特性要求的機械能，再通過走行部驅動機車動輪在軌道上轉動。

柴油機車使用最為廣泛。在中國，內燃機車這一概念習慣上指的是柴油機車。 內燃機車中內燃機和動輪之間加裝一臺與發動機同等重要并符合牽引特性的傳動裝置。傳動裝置有三種：機械傳動裝置、液力傳動裝置和電力傳動裝置。裝有電力傳動裝置的內燃機車，稱為電力傳動內燃機車，以此類推。