ディーゼルエンジンを原動力とする鉄道車両には、大別して3つのクラスがある。 軽便鉄道車両またはレールバス（200馬力まで）、これは通常4輪で、機械式変速機を備えている。 軽トレーラーカーを運搬するように設計されている場合もある。 このような車両の使用は非常に限られている。
2 4軸の旅客鉄道車両（最大750馬力）、これは独立して運転することができ、非動力のトレーラーを運ぶか、またはすべてまたは一部の車両の動力付きのマルチユニットなどの半常設の列車セットに形成することができる。 動力車では、ディーゼルエンジンおよび燃料タンクを含むすべての関連牽引装置が床下に収められ、フレーム上部に客席用のスペースが確保されている。 変速機は電気式と油圧式がある。 現代の鉄道車両や鉄道車両セットは、ほとんどが複数編成で、運転台から運転操作を行う。 機関車（10～4,000馬力）は、低出力の場合は機械式、2,000馬力程度までは油圧式があるが、出力や目的に応じて電気式を選択することがほとんどである。
20世紀最後の四半世紀、ディーゼルエンジンの出力重量比の大幅な向上と、部品の制御や診断システムへの電子機器の応用により、ディーゼル機関車の効率は大きく進歩した。 1990年には連続定格出力3,500馬力のディーゼルエンジンが、1970年の同型機と比較してほぼ半分の重量で入手できるようになった。 また、発進時や登坂時の粘着力を向上させるなど、道路貨物用ディーゼル電気機関車の負荷運搬能力に特に重要な貢献をしている。 機関車が静止状態から加速するとき、動力車輪がごくわずかに安定し、かつ細かく制御されたスリップを起こす “クリープ “状態にすると、牽引力が33～50％増加する。 一般的なクリープコントロールシステムでは、機関車の下に取り付けたドップラーレーダーで真の対地速度を正確に測定し、マイクロプロセッサーがその時々の軌道状況に応じて理想的なクリープ速度を計算し、トラクションモーターへの電流供給を自動的に調節する。 これは連続的に行われるため、線路の状態が変わると即座に電流値が調整される。 1960年代、北米では3,000～3,600馬力以上のディーゼル電気機関車には6軸のモーターが必要で、2つの鉄道会社が5,000～6,600馬力のディーゼルエンジン8軸の機関車を導入していた。 1980年代半ばから4,000馬力までの4軸機関車が実現可能になり、高速貨物輸送に広く使われるようになった（ただし、重貨物輸送には6軸機関車が好まれた）。 しかし、1960年代には3,600馬力の出力には20気筒のエンジンが必要であったが、現在では16気筒のディーゼルエンジンで4,000馬力の出力を得ることができるようになった。 北米では電化が進み、1960年代には旅客列車用のディーゼル機関車の生産はほぼ終了しました。 そのため、高速ディーゼル機関車の開発はイギリス鉄道が最後となり、非電化幹線では7～8両の中間車の両端に2250馬力の機関車を取り付けたインターシティ125という半永久的な列車セットを大量に製造した。 1987年には、時速238kmのディーゼル機関車の世界記録を樹立した。 インターシティ125の一部は、21世紀に入っても様々な名称で現役で活躍することが予想される。 北米では、米国のアムトラック、カナダのVIA、および一部の都市交通局が、現在でも旅客列車専用にディーゼル機関車を運行している。 北米のアムトラックやカナダのVIA、一部の都市交通局では、現在でも旅客列車専用にディーゼル機関車を運行している。