铁路机车是指牵引或推送其他铁路车辆运行于铁路上，本身不装载营业载荷的自推进车辆。俗称“火车头”。按动力装置分为热力机车和电力机车。热力机车又分为蒸汽机车、柴油机车和燃气轮机车。柴油机车和燃气轮机车又称为内燃机车。按用途分为客运机车、货运机车、客货通用机车、调车机车和工矿机车。按走行部形式可分为车架式机车和转向架式机车。

最早出现的机车是蒸汽机车，1804年英国特里维西克创造出第一台蒸汽机车。1829年制造的“火箭”号机车奠定了现代蒸汽机车的基本形式。以后，蒸汽机车不断向大功率、大牵引力和高速度的方向发展，20世纪30～40年代达到了高峰。1879年首次出现电力机车。1923年柴油机车制成试用，1925年正式应用。1941年制成燃气轮机车，1943年开始运用。到第二次世界大战结束时，各国铁路基本上仍以使用蒸汽机车为主。战后，发达国家大体用了15～20年时间完成了由蒸汽机车向内燃机车和电力机车的过渡，蒸汽机车相继停止使用。中华人民共和国建立后，于1952年开始自己制造蒸汽机车。60年代初，内燃机车和电力机车开始成批生产和使用。至1999年底，全国拥有各类机车14 480台，其中内燃机车10 121台，电力机车3 344台。

机车是利用蒸汽机、柴油机、牵引电动机或其他动力机械产生的动力，并通过机车传动装置驱动动轮，借助动轮和钢轨之间有一定的粘着力而产生的推动力，以牵引列车运行。蒸汽机车以煤为能源，以蒸汽机产生的蒸汽为动力，通过传动装置驱动车轮运转。内燃机车以柴油为能源，以柴油机或燃气轮机产生的动力通过传动装置驱动车轮运转。电力机车通过轨道上空的接触网或铺设于轨道一侧的第三轨，获得外部电站经变电所输送来的电能，通过牵引电动机驱动车轮运转。以上三种机车各有优缺点。蒸汽机车构造简单，成本低，但实际热效率只有5%～7%。蒸汽机车和内燃机车是自带燃料与水等能源的机车，只要有合适的轨道和添加燃料与水的设备，就能运行，灵活性好。内燃机车和电力机车牵引性能较好，牵引力较大，使用过程中维护、修理和整备的时间较少，牵引交路长，热效率比蒸汽机车高3～4倍，利于节约能源，降低成本，减少污染，节省人力和改善劳动条件。特别是电力机车更符合高速重载的要求，在客货运输繁忙的线路上和山区大坡道上运行尤其有利。

科学技术的进步推动着牵引动力的改革，许多国家正积极研制发展功率大、速度快、自动化程度高的电力机车和内燃机车，满足铁路运输重载、高效的要求。