A vasúti berendezéseknek három nagy csoportját különböztetjük meg, amelyek dízelmotorokat használnak hajtásként:
1. A könnyű személyszállító vasúti kocsi vagy vasúti busz (200 lóerőig), amely általában négykerekű és mechanikus erőátvitellel rendelkezik. Kialakítható könnyű pótkocsi vontatására is. Az ilyen járművek használata nagyon korlátozott.
2. A négytengelyes személyszállító vasúti kocsi (legfeljebb 750 lóerő), amely önállóan üzemeltethető, vontathat nem hajtott pótkocsit, vagy félig állandó szerelvényt alkothat, mint például egy motorvonat, amelynek minden kocsija vagy a kocsik egy része hajtott. A meghajtott kocsikban a dízelmotor és az összes kapcsolódó vontatóberendezés, beleértve az üzemanyagtartályokat is, a padló alá illeszthető, hogy a vázak felett az utasülések számára szabaddá váljon a hely. Az erőátvitel elektromos vagy hidraulikus. A modern vasúti kocsik és kocsiszerelvények többnyire többrészes vonat üzemeltetésére vannak felszerelve, a vezetést egyetlen vezetőállásból irányítják.
3. Mozdonyok (10-4000 lóerő), amelyek mechanikus erőátvitellel rendelkezhetnek, ha nagyon kis teljesítményűek, vagy hidraulikus erőátvitellel körülbelül 2000 lóerő teljesítményig, de a legtöbb esetben elektromos erőátvitellel, a választás a teljesítménytől és a céltól függ.
A dízelmotorok teljesítmény-tömeg arányának jelentős növekedése és az elektronika alkalmazása az alkatrészvezérlő és diagnosztikai rendszerekben jelentős előrelépést hozott a dízelmozdonyok hatékonyságában a 20. század utolsó negyedében. 1990-ben egy 3500 lóerős folyamatos teljesítményű dízelmotor már csaknem fele akkora tömeggel állt rendelkezésre, mint egy 1970-es hasonló modell. Ezzel egyidejűleg a dízelmotorok üzemanyag-hatékonysága jelentősen javult.
A közúti árufuvarozásban a dízel-villamos mozdonyok teherbíró képességéhez különösen nagy mértékben járult hozzá az elektronika, mivel javította a tapadást indításkor vagy emelkedőn való felkapaszkodáskor. Egy nyugalomból gyorsuló mozdony 33-50 százalékkal nagyobb vonóerőt tud kifejteni, ha a meghajtott kerekeit nagyon enyhe, egyenletes és finoman szabályozott csúszásba engedik “kúszni”. Egy tipikus “kúszásvezérlő” rendszerben a mozdony alá szerelt Doppler-radar pontosan méri a valós talajsebességet, amelyhez képest a mikroprocesszorok kiszámítják az ideális kúszási sebességhatárt az adott pályakörülmények között, és automatikusan szabályozzák a vontatómotorok áramellátását. A folyamat folyamatos, így az áramszintek azonnal a pályaparaméterek változásához igazodnak. Az 1960-as években az észak-amerikaiak úgy vélték, hogy egy 3000-3600 lóerős vagy annál nagyobb teljesítményű dízel-villamos mozdonynak hat motoros tengellyel kell rendelkeznie a hatékony tapadáshoz: két vasúttársaság kis számú, egyenként két dízelmotorral hajtott, nyolcmotoros tengelyű, 5000-6600 lóerős teljesítményű mozdonyokat szerzett be. Az 1980-as évek közepe óta a négytengelyes, akár 4000 lóerős mozdonyok is megvalósíthatóvá váltak, és széles körben alkalmazzák őket a gyors teherszállításban (bár a nehéz teherszállításban még mindig a hattengelyes mozdonyokat részesítették előnyben). Ma azonban a 4000 lóerős teljesítményt már egy 16 hengeres dízelmotorral is el lehet érni, míg az 1960-as években a 3600 lóerős teljesítményhez 20 hengeres motorra volt szükség. Ez, párosulva azzal, hogy a jobb tapadásnak köszönhetően csökkent az adott tonnatartalom szállítására szükséges mozdonyok száma, kulcsfontosságú tényező volt a mozdonyok karbantartási költségeinek csökkenésében.
Észak-Amerikán kívül a széles körű villamosítás az 1960-as években szinte teljesen megszüntette a személyvonatok szállítására szánt dízelmozdonyok gyártását. A nagysebességű dízelüzem utolsó fejlesztése a British Railwaysnél történt, amely a nem villamosított fővonalakra sorozatban gyártott egy félig állandó vonatszerelvényt, az InterCity 125-öt, amely hét vagy nyolc köztes kocsi mindkét végén egy-egy 2250 lóerős mozdonnyal rendelkezett. Az egyik ilyen szerelvény 1987-ben 238 km/órás (148 mérföld/óra) sebességi világrekordot állított fel a dízel vontatásban. Néhány InterCity 125-ös mozdony várhatóan még jóval a 21. században is szolgálatban marad különböző más elnevezések alatt. Észak-Amerikában az Amtrak az Egyesült Államokban és a VIA Kanadában, valamint néhány városi tömegközlekedési hatóság még mindig kizárólag dízelmozdonyokat üzemeltet személyszállító vonatokon. Máshol a közúti dízelmozdonyokat vagy kizárólag teherszállításra, vagy vegyesen személy- és teherszállításra tervezik.