火车在我国铁路上大多采用柴油机作为内燃机，主要使用柴油作为燃料。柴油在气缸内燃烧，将热能转化为机械能，通过传动装置驱动机车动轮在轨道上转动。
除了传统的内燃机车，还有内燃动车组，这是一种具有内燃机动力装置的动车和客车编成的车组，适用于市郊或邻近城市间的短途客运。
历史上，德国在1894年研制成功了第一台汽油内燃机车，但由于耗费太高，不易推广。随后，德、美、法等国在1924年成功研制了柴油内燃机车，并在全球得到广泛应用。我国也在1958年成功研制出第一台内燃机车，并逐渐发展出多种类型的内燃机车。
如今，我国许多铁路线上都有各种类型的内燃机车在驰骋着，一些主要干线的直达客车基本上实现了内燃机车牵引。
