Există trei clase mari de echipamente feroviare care folosesc motoare diesel ca motoare principale:
1. Automobilul ușor de pasageri sau autobuzul feroviar (până la 200 cai putere), care de obicei are patru roți și transmisie mecanică. Poate fi proiectat să tracteze un vagon remorcă ușor. Utilizarea acestor vehicule este foarte limitată.
2. Automobilul de pasageri cu patru axe (până la 750 CP), care poate fi exploatat independent, poate trage o remorcă nemotorizată sau poate fi format într-o garnitură semipermanentă, cum ar fi o unitate multiplă cu toate sau o parte din vagoane motorizate. În cazul vagoanelor motorizate, motorul diesel și toate echipamentele de tracțiune asociate, inclusiv rezervoarele de combustibil, pot fi montate sub podea pentru a elibera spațiu deasupra cadrelor pentru scaunele pasagerilor. Transmisia este fie electrică, fie hidraulică. Vagoanele și garniturile de tren moderne sunt echipate, în cea mai mare parte, pentru exploatarea trenurilor cu mai multe unități, cu controlul conducerii dintr-o singură cabină.
3. Locomotive (de la 10 la 4.000 de cai putere), care pot avea transmisie mecanică, dacă sunt de foarte mică putere, sau transmisie hidraulică pentru puteri de până la aproximativ 2.000 de cai putere, dar în cele mai multe cazuri au transmisie electrică, alegerea depinzând de putere și de scop.
O creștere substanțială a raportului putere/greutate a motoarelor diesel și aplicarea electronicii la sistemele de control și diagnosticare a componentelor au adus progrese semnificative în eficiența locomotivelor diesel în ultimul sfert al secolului XX. În 1990, un motor diesel cu o putere nominală continuă de 3.500 de cai putere era disponibil la aproape jumătate din greutatea unui model similar din 1970. În același timp, eficiența consumului de combustibil al motoarelor diesel a fost îmbunătățită semnificativ.
Electronica a avut o contribuție deosebit de importantă la capacitatea de încărcare a locomotivelor diesel-electrice în activitatea de transport rutier de marfă, prin îmbunătățirea aderenței la pornire sau la urcarea în pantă. O locomotivă care accelerează din repaus poate dezvolta o forță de tracțiune cu 33 până la 50 la sută mai mare dacă roțile sale motoare sunt lăsate să se „strecoare” într-o alunecare foarte ușoară, constantă și controlată foarte fin. Într-un sistem tipic de „control al alunecării”, radarul Doppler montat sub locomotivă măsoară cu precizie viteza reală a solului, în funcție de care microprocesoarele calculează limita ideală a vitezei de alunecare în condițiile de cale ferată predominante și reglează automat alimentarea cu curent a motoarelor de tracțiune. Procesul este continuu, astfel încât nivelurile de curent sunt ajustate imediat pentru a corespunde unei modificări a parametrilor de cale. În anii 1960, nord-americanii considerau că o locomotivă diesel-electrică de 3.000-3.600 de cai putere sau mai mult trebuie să aibă șase axe motorizate pentru o aderență eficientă: două căi ferate achiziționaseră un număr mic de locomotive cu opt axe motorizate, fiecare propulsată de două motoare diesel, cu puteri de 5.000-6.600 de cai putere. De la jumătatea anilor 1980, locomotivele cu patru axe, cu o putere de până la 4.000 de cai putere, au devenit fezabile și sunt utilizate pe scară largă în serviciul de transport rapid de marfă (deși pentru transportul greu de marfă erau încă preferate locomotivele cu șase axe). Dar astăzi se poate obține o putere de 4.000 de cai putere cu un motor diesel cu 16 cilindri, în timp ce în anii 1960 pentru o putere de 3.600 de cai putere era nevoie de un motor cu 20 de cilindri. Acest lucru, împreună cu reducerea numărului de locomotive necesare pentru a transporta un anumit tonaj datorită îmbunătățirii aderenței, a fost un factor cheie în scăderea costurilor de întreținere a locomotivelor.
În afara Americii de Nord, electrificarea pe scară largă aproape că a pus capăt producției de locomotive diesel construite special pentru transportul trenurilor de călători în anii 1960. Ultima dezvoltare pentru serviciul diesel de mare viteză a fost la British Railways, care, pentru rutele sale principale neelectrificate, a produs în serie o garnitură semipermanentă, InterCity 125, care avea o locomotivă de 2.250 de cai putere la fiecare capăt a șapte sau opt vagoane intermediare. În 1987, una dintre aceste garnituri a stabilit un record mondial de viteză pentru tracțiunea diesel de 238 km pe oră. Se așteaptă ca unele garnituri InterCity 125 să rămână în serviciu sub diverse alte denumiri până în secolul XXI. În America de Nord, Amtrak din Statele Unite și VIA din Canada, precum și unele autorități urbane de transport în comun, încă exploatează locomotive diesel exclusiv la trenurile de călători. În alte părți, locomotivele diesel pentru transportul rutier de marfă sunt proiectate fie pentru transportul exclusiv de marfă, fie pentru activități mixte de călători și marfă.
.