Existují tři široké třídy železničních zařízení, která používají jako hlavní pohon dieselové motory:
1. Lehký osobní železniční vůz nebo železniční autobus (do 200 koní), který je obvykle čtyřkolový a má mechanický převod. Může být určen k tahání lehkého přípojného vozu. Použití těchto vozidel je velmi omezené.
2. Čtyřnápravový osobní železniční vůz (do 750 koňských sil), který může být provozován samostatně, může táhnout přívěs bez pohonu nebo může být sestaven do polostálé vlakové soupravy, jako je souprava s pohonem všech nebo části vozů. U motorových vozů se vznětový motor a všechna související trakční zařízení, včetně palivových nádrží, vejdou pod podlahu, aby se nad rámy uvolnil prostor pro sezení cestujících. Převodovka je buď elektrická, nebo hydraulická. Moderní motorové vozy a soupravy motorových vozů jsou většinou vybaveny pro provoz více jednotek s řízením jízdy z jedné kabiny.
3. Lokomotivy (10 až 4 000 koní), které mohou mít mechanický převod, pokud mají velmi nízký výkon, nebo hydraulický převod pro výkony do přibližně 2 000 koní, ale ve většině případů mají elektrický převod, přičemž volba závisí na výkonu a účelu.
Podstatné zvýšení poměru výkonu dieselového motoru k hmotnosti a použití elektroniky v řídicích a diagnostických systémech komponentů přineslo v poslední čtvrtině 20. století výrazný pokrok v účinnosti dieselových lokomotiv. V roce 1990 byl k dispozici dieselový motor s trvalým výkonem 3 500 koní při téměř poloviční hmotnosti podobného modelu z roku 1970. Současně se výrazně zlepšila palivová účinnost dieselových motorů.
Elektronika přispěla zvláště významně k přepravní schopnosti diesel-elektrických lokomotiv v silniční nákladní dopravě, a to zlepšením adheze při rozjezdu nebo při stoupání. Lokomotiva, která zrychluje z klidu, může vyvinout o 33 až 50 % větší tažnou sílu, pokud je jejím poháněným kolům umožněno „plížení“ do velmi mírného, stálého a jemně řízeného prokluzu. V typickém systému „creep control“ Dopplerův radar umístěný pod lokomotivou přesně měří skutečnou rychlost na zemi, podle které mikroprocesory vypočítají ideální mezní rychlost creepu v daných traťových podmínkách a automaticky regulují dodávku proudu do trakčních motorů. Tento proces probíhá nepřetržitě, takže úroveň proudu se okamžitě přizpůsobí změně parametrů trati. V 60. letech 20. století se Severoameričané domnívali, že dieselelektrická lokomotiva o výkonu 3 000-3 600 koní a více musí mít pro účinnou adhezi šest poháněných náprav: dvě železnice pořídily malý počet lokomotiv s osmi poháněnými nápravami, z nichž každá byla poháněna dvěma dieselovými motory o výkonu 5 000-6 600 koní. Od poloviny 80. let 20. století se staly proveditelnými čtyřnápravové lokomotivy o výkonu až 4 000 koňských sil, které jsou široce využívány v rychlé nákladní dopravě (i když pro těžkou nákladní dopravu byly stále preferovány šestinápravové lokomotivy). Dnes je však možné dosáhnout výkonu 4 000 koní s šestnáctiválcovým vznětovým motorem, zatímco v 60. letech 20. století vyžadoval výkon 3 600 koní dvacetiválcový motor. To spolu se snížením počtu lokomotiv potřebných k přepravě dané tonáže díky lepší adhezi bylo klíčovým faktorem snížení nákladů na údržbu lokomotiv.
Mimo Severní Ameriku rozsáhlá elektrifikace v 60. letech 20. století téměř ukončila výrobu dieselových lokomotiv určených pro přepravu osobních vlaků. Poslední vývoj pro provoz vysokorychlostních dieselů proběhl u britských železnic, které pro své neelektrifikované hlavní tratě sériově vyráběly polostálou vlakovou soupravu InterCity 125, která měla na každém konci sedmi nebo osmi mezivozů lokomotivu o výkonu 2 250 koní. V roce 1987 jedna z těchto souprav vytvořila světový rychlostní rekord pro dieselovou trakci 238 km (148 mil) za hodinu. Očekává se, že některé soupravy InterCity 125 zůstanou v provozu pod různými jinými označeními až do 21. století. V Severní Americe společnosti Amtrak ve Spojených státech a VIA v Kanadě, stejně jako některé městské hromadné dopravní podniky, stále provozují výhradně dieselové lokomotivy na osobních vlacích. Jinde jsou silniční motorové lokomotivy určeny buď výhradně pro nákladní dopravu, nebo pro smíšenou osobní a nákladní dopravu
.