Rautatieliikennevälineissä on kolme laajaa luokkaa, joissa käytetään dieselmoottoreita käyttövoimana:
1. Kevyt matkustajavaunu tai kiskobussi (enintään 200 hevosvoimaa), joka on yleensä nelipyöräinen ja jossa on mekaaninen voimansiirto. Se voidaan suunnitella vetämään kevyttä perävaunua. Tällaisten vaunujen käyttö on hyvin vähäistä.
2. Neliakselinen matkustajavaunu (enintään 750 hevosvoimaa), jota voidaan käyttää itsenäisesti, joka voi vetää moottoroimatonta perävaunua tai joka voidaan muodostaa puoliksi pysyväksi junayksiköksi, kuten moniosaiseksi junayksiköksi, jossa kaikki vaunut tai osa vaunuista on moottoroitu. Moottorikäyttöisissä vaunuissa dieselmoottori ja kaikki siihen liittyvät vetolaitteet, mukaan lukien polttoainesäiliöt, voidaan sijoittaa lattian alle, jolloin rungon yläpuolella on tilaa matkustajien istuimille. Voimansiirto on joko sähköinen tai hydraulinen. Nykyaikaiset vaunut ja vaunukokonaisuudet on useimmiten varustettu useamman yksikön junaliikennettä varten, jolloin ajoa ohjataan yhdestä ohjaamosta.
3. Veturit (10-4 000 hevosvoimaa), joissa voi olla mekaaninen voimansiirto, jos ne ovat hyvin pienitehoisia, tai hydraulinen voimansiirto, jos ne ovat teholtaan noin 2000 hevosvoimaa, mutta useimmiten sähköinen voimansiirto; valinta riippuu tehosta ja käyttötarkoituksesta.
Dieselmoottorin teho-painosuhteen huomattava kasvu ja elektroniikan soveltaminen komponenttien valvonta- ja diagnostiikkajärjestelmiin toivat merkittävää edistystä dieselvetureiden tehokkuuteen 1900-luvun viimeisellä neljänneksellä. Vuonna 1990 oli saatavilla dieselmoottori, jonka jatkuva teho oli 3 500 hevosvoimaa ja joka painoi lähes puolet vähemmän kuin vastaava malli vuonna 1970. Samalla dieselmoottoreiden polttoainetehokkuus parani merkittävästi.
Elektroniikka on vaikuttanut erityisen merkittävästi diesel-sähkövetureiden kuormankantokykyyn maanteiden tavaraliikenteessä parantamalla tarttuvuutta liikkeelle lähdössä tai nousussa. Lepotilasta kiihdyttävä veturi voi kehittää 33-50 prosenttia enemmän vetovoimaa, jos sen vetävien pyörien annetaan ”ryömiä” hyvin lievään, tasaiseen ja hienosti hallittuun luisuun. Tyypillisessä ryömintäsäätöjärjestelmässä veturin alle asennettu Doppler-tutka mittaa tarkasti todellisen maanopeuden, jota vasten mikroprosessorit laskevat ihanteellisen ryömintänopeuden raja-arvon vallitsevissa rataolosuhteissa ja säätelevät automaattisesti vetomoottoreiden virransyöttöä. Prosessi on jatkuva, joten virran tasoa säädetään välittömästi rataparametrien muuttuessa. 1960-luvulla pohjoisamerikkalaiset katsoivat, että vähintään 3 000-3 600 hevosvoiman dieselsähköveturissa on oltava kuusi moottoriakselia tehokkaan tartunnan aikaansaamiseksi: kaksi rautatietä oli hankkinut pienen määrän kahdeksan moottoriakselisia vetureita, joissa kussakin oli kaksi dieselmoottoria ja joiden teho oli 5 000-6 600 hevosvoimaa. 1980-luvun puolivälistä lähtien neliakseliset veturit, joiden teho on jopa 4 000 hevosvoimaa, ovat tulleet mahdollisiksi, ja niitä käytetään laajalti nopeassa tavaraliikenteessä (vaikka raskaassa tavaraliikenteessä suositaan edelleen kuusiakselisia vetureita). Nykyään 4 000 hevosvoiman teho on kuitenkin saavutettavissa 16-sylinterisellä dieselmoottorilla, kun taas 1960-luvulla 3 600 hevosvoiman teho vaati 20-sylinterisen moottorin. Tämä yhdessä sen kanssa, että vetureiden määrä, jota tarvitaan tietyn vetoisuuden kuljettamiseen, on vähentynyt parantuneen tarttuvuuden ansiosta, on ollut keskeinen tekijä veturien ylläpitokustannusten alenemisessa.
Pohjois-Amerikan ulkopuolella laajamittainen sähköistäminen lähes lopetti henkilöjunien kuljettamiseen tarkoitettujen dieselvetureiden tuotannon 1960-luvulla. Viimeinen suurnopeusdieseliä kehittänyt yritys oli British Railways, joka valmisti sähköistämättömiä runkoreittejään varten sarjatuotantona InterCity 125 -nimistä puolipysyvää junayksikköä, jossa oli 2 250 hevosvoiman veturi seitsemän tai kahdeksan välivaunun molemmissa päissä. Vuonna 1987 yksi näistä junayksiköistä teki dieselveturin nopeusennätyksen, joka oli 238 kilometriä tunnissa. Joidenkin InterCity 125 -vetureiden odotetaan pysyvän liikenteessä eri nimityksillä pitkälle 2000-luvulle asti. Pohjois-Amerikassa Amtrak Yhdysvalloissa ja VIA Kanadassa sekä eräät kaupunkien joukkoliikenneviranomaiset käyttävät edelleen dieselvetureita yksinomaan matkustajajunissa. Muualla maantieliikenteeseen tarkoitetut dieselveturit on suunniteltu joko yksinomaan tavaraliikenteeseen tai sekä matkustaja- että tavaraliikenteeseen.