內(nèi)燃機車是以內(nèi)燃機為動力，通過傳動裝置驅(qū)動車輪的機車。內(nèi)燃機車一般是由柴油機、傳動裝置、走形部、車體車架、車鉤緩沖裝置、制動系統(tǒng)和輔助裝置組成。 內(nèi)燃機車的燃油在氣缸內(nèi)燃燒，燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，然后由氣缸、活塞、連桿、曲軸轉(zhuǎn)變?yōu)榍S輸出的機械能，再經(jīng)傳動裝置轉(zhuǎn)換為適合牽引特性要求的機械能，最后驅(qū)動機車動輪在鋼軌上轉(zhuǎn)動產(chǎn)生牽引力。 內(nèi)燃機車與其他機車最大的不同在于作為動力源的柴油機與動輪之間具有特殊的傳動裝置，例如電力傳動和液力傳動裝置，這樣在把柴油機機械能傳遞給走行部的過程中，既保證了柴油機的功率得到充分發(fā)揮，又使機車具有良好的牽引性能和速度范圍。

內(nèi)燃機車的類型很多，以內(nèi)燃機為動力并通過傳動裝置驅(qū)動車輪的機車都可以稱為內(nèi)燃機車。按機車上所用內(nèi)燃機的種類，內(nèi)燃機車分為柴油機車和燃?xì)廨啓C車。在中國內(nèi)燃機車專指以柴油機為動力裝置的柴油機車，不包括燃?xì)廨啓C車。 內(nèi)燃機車按用途分為客運、貨運、調(diào)車、工礦內(nèi)燃機車；按傳動形式分為機械傳動、電力傳動和液力傳動內(nèi)燃機車，如中國的北京型、東方紅型內(nèi)燃機車都采用了液力傳動裝置，東風(fēng)系列的內(nèi)燃機車則采用了電力傳動方式，電力傳動內(nèi)燃機車又可以分為直-直流傳動、交-直流傳動和交-直-交流傳動；按機車總軸數(shù)可以分為四軸、六軸和八軸內(nèi)燃機車，如北京型是四軸內(nèi)燃機車，東風(fēng)系列的內(nèi)燃機車則是六軸內(nèi)燃機車。

把柴油機應(yīng)用于鐵路機車的設(shè)計思想產(chǎn)生于20世紀(jì)初，1923年美國通用電氣公司和美國機車公司研制成功了一種220千瓦的電力傳動柴油機車。1924年前蘇聯(lián)用一臺735千瓦潛水艇柴油機，制造成功了一臺電力傳動的柴油機車。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，聯(lián)邦德國在1971年試制出1840kw的交一直一交電力傳動內(nèi)燃機車，從而為內(nèi)燃機車和電力機車的技術(shù)發(fā)展提供了新的途徑。 中國于1958年仿照前蘇聯(lián)的電力傳動內(nèi)燃機車試制了巨龍型內(nèi)燃機車，20世紀(jì)60年代初，便自行設(shè)計制造以東風(fēng)型為代表的第一代內(nèi)燃機車，從1969年開始批量生產(chǎn)交-直流電力傳動的東風(fēng)4型、液力傳動的北京型和東方紅系列的第二代內(nèi)燃機車。

20世紀(jì)50年代，世界上內(nèi)燃機車數(shù)量急劇增加，而且內(nèi)燃機車用柴油機多數(shù)裝配了廢氣渦輪增壓器，功率比二戰(zhàn)前提高了50%，工業(yè)發(fā)達(dá)國家先后停止制造蒸汽機車，轉(zhuǎn)而大量生產(chǎn)并運用直流電力傳動和液力傳動內(nèi)燃機車。20世紀(jì)60年代中期，大功率硅整流器研制成功并應(yīng)用于內(nèi)燃機車，出現(xiàn)了交-直流電力傳動內(nèi)燃機車。20世紀(jì)80年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，性能優(yōu)越的交-直-交電力傳動內(nèi)燃機車逐步得到發(fā)展。 為了適應(yīng)中國鐵路的飛速發(fā)展，20世紀(jì)80年代后期中國停止生產(chǎn)傳動效率比較低的干線液力傳動內(nèi)燃機車，90年代研制成功了快速客運內(nèi)燃機車東風(fēng)11型和大功率貨運內(nèi)燃機車東風(fēng)8B等新一代內(nèi)燃機車。進(jìn)入21世紀(jì)，中國的交-直-交電力傳動內(nèi)燃機車研制取得成功，研制出了東風(fēng)4DAC、東風(fēng)8BJ、東風(fēng)8CJ等交流傳動電力機車。

機車走行部是機車在軌道上運行的裝置。蒸汽機車的動軸用軸箱平行安裝在主車架中成為其走行部，而內(nèi)燃機車與電力機車一樣，走行部采用轉(zhuǎn)向架的形式。內(nèi)燃機車的走行部一般為二軸或三軸轉(zhuǎn)向架，極少數(shù)機車用四軸轉(zhuǎn)向架。機車轉(zhuǎn)向架由構(gòu)架、輪對、軸箱、一系彈簧懸掛裝置、二系彈簧懸掛裝置、牽引裝置、牽引電動機、齒輪傳動裝置、基礎(chǔ)制動裝置等部分組成。軸箱與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間在垂向用一系彈簧懸掛裝置相連，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與車體之間在垂向用二系彈簧懸掛裝置相連。一、二系彈簧懸掛裝置通常還并聯(lián)有油壓減震器，使機車在軌道上走行時的垂向沖擊得到緩沖和衰減，速度較高的機車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與車體之間設(shè)有橫向減震器，在橫向上能彈性橫動，使速度較高時機車的橫向平穩(wěn)性較好。速度超過120km/h的機車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架與車體之間在兩側(cè)縱向設(shè)置抗蛇行減震器，保證機車的橫向穩(wěn)定性。

內(nèi)燃機車與電力機車都屬于轉(zhuǎn)向架式機車，可以采用軸列式表示其走行部特征。軸列式用英文表示動軸數(shù)，如A為一根動軸，B為兩根動軸，C為三根動軸，D為四根動軸，用數(shù)字表示無動力的軸數(shù)，例如東風(fēng)4型內(nèi)燃機車的軸列式C0-C0表示機車有兩個三軸轉(zhuǎn)向架裝在同一個車底架上，注腳“0”表示每個轉(zhuǎn)向架內(nèi)3根動軸各用電動機單獨驅(qū)動；例如北京型液力傳動內(nèi)燃機車的軸列式即為B-B，各軸是成組驅(qū)動的；軸列式A1A-A1A表示機車有兩個三軸轉(zhuǎn)向架，其兩根端軸用“A”表示為動軸，中間一根軸用數(shù)字“1”表示為無動力，即不安裝牽引電動機。

內(nèi)燃機車與電力機車的車體都是由司機室、車頂、側(cè)壁、間壁、車架和排障器等部分組成。車體按外形可分為罩式車體和棚式車體兩種，罩式車體又稱為外走道式，外形矮小，車架承載，車體上部罩殼部分僅為保護機械電氣設(shè)備而設(shè)，通常司機室布置在機車的中部，也有設(shè)在端部的，高出并寬于車體的其它部分，以便于司機的瞭望，走道在車罩外，乘務(wù)人員檢查設(shè)備時必須打開罩側(cè)面的門，罩式車體結(jié)構(gòu)簡單，一般多用于小功率機車，如調(diào)車機車、工礦機車等。棚式車體又稱為內(nèi)走道式，外形高大，內(nèi)部除安裝機械、電氣設(shè)備外，還有可供乘務(wù)人員通行的走道，以便在運行過程中隨時進(jìn)行設(shè)備的檢查和維修，車體內(nèi)部根據(jù)安裝設(shè)備的不同，用間壁分成若干個室，如動力室、電氣室、冷卻室、變壓器室等，司機室布置在一端或兩端，瞭望視線開闊，外形可設(shè)計成流線形，干線機車一般都采用棚式車體。

內(nèi)燃機車乘務(wù)員主要通過操縱司機控制器駕駛列車運行，司機控制器主要有兩個操縱手柄：一個稱為換向手柄，另一個稱為控制手柄，又叫主手柄。換向手柄一般設(shè)有“前制”、“前進(jìn)”、“0”、“后退”、“后制”5個手柄位置，用來改變機車的牽引、制動、前進(jìn)、后退等工況。控制手柄對于無級調(diào)速的司機控制器有“0”、“1”、“升”、“?！?、“降”5個工作位置，對于有級調(diào)速的司機控制器有0位及1~16共17個工作位置。在牽引工況下，通過改變控制手柄的位置可以控制柴油機的轉(zhuǎn)速和功率，從而控制機車的牽引力和速度；在電阻制動工況下，也可以通過變換控制手柄的位置控制柴油機轉(zhuǎn)速，從而控制電阻制動功率。

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