鐵路機車是指牽引或推送其他鐵路車輛運行于鐵路上，本身不裝載營業(yè)載荷的自推進車輛。俗稱“火車頭”。按動力裝置分為熱力機車和電力機車。熱力機車又分為蒸汽機車、柴油機車和燃氣輪機車。柴油機車和燃氣輪機車又稱為內燃機車。按用途分為客運機車、貨運機車、客貨通用機車、調車機車和工礦機車。按走行部形式可分為車架式機車和轉向架式機車。

最早出現的機車是蒸汽機車，1804年英國特里維西克創(chuàng)造出第一臺蒸汽機車。1829年制造的“火箭”號機車奠定了現代蒸汽機車的基本形式。以后，蒸汽機車不斷向大功率、大牽引力和高速度的方向發(fā)展，20世紀30～40年代達到了高峰。1879年首次出現電力機車。1923年柴油機車制成試用，1925年正式應用。1941年制成燃氣輪機車，1943年開始運用。到第二次世界大戰(zhàn)結束時，各國鐵路基本上仍以使用蒸汽機車為主。戰(zhàn)后，發(fā)達國家大體用了15～20年時間完成了由蒸汽機車向內燃機車和電力機車的過渡，蒸汽機車相繼停止使用。中華人民共和國建立后，于1952年開始自己制造蒸汽機車。60年代初，內燃機車和電力機車開始成批生產和使用。至1999年底，全國擁有各類機車14 480臺，其中內燃機車10 121臺，電力機車3 344臺。

機車是利用蒸汽機、柴油機、牽引電動機或其他動力機械產生的動力，并通過機車傳動裝置驅動動輪，借助動輪和鋼軌之間有一定的粘著力而產生的推動力，以牽引列車運行。蒸汽機車以煤為能源，以蒸汽機產生的蒸汽為動力，通過傳動裝置驅動車輪運轉。內燃機車以柴油為能源，以柴油機或燃氣輪機產生的動力通過傳動裝置驅動車輪運轉。電力機車通過軌道上空的接觸網或鋪設于軌道一側的第三軌，獲得外部電站經變電所輸送來的電能，通過牽引電動機驅動車輪運轉。以上三種機車各有優(yōu)缺點。蒸汽機車構造簡單，成本低，但實際熱效率只有5%～7%。蒸汽機車和內燃機車是自帶燃料與水等能源的機車，只要有合適的軌道和添加燃料與水的設備，就能運行，靈活性好。內燃機車和電力機車牽引性能較好，牽引力較大，使用過程中維護、修理和整備的時間較少，牽引交路長，熱效率比蒸汽機車高3～4倍，利于節(jié)約能源，降低成本，減少污染，節(jié)省人力和改善勞動條件。特別是電力機車更符合高速重載的要求，在客貨運輸繁忙的線路上和山區(qū)大坡道上運行尤其有利。

科學技術的進步推動著牽引動力的改革，許多國家正積極研制發(fā)展功率大、速度快、自動化程度高的電力機車和內燃機車，滿足鐵路運輸重載、高效的要求。