内燃机车和电力机车都诞生于19世纪末。内燃机车的工作原理是：让柴油或煤气燃料在汽缸里燃烧，利用燃烧时产生的温度高和压力大的气体去推动活塞，带动车轮前进。而电力机车则利用电力，通过电动使车轮转动起来。
这两种机车比蒸汽机车先进多了。内燃机车可把燃料的28％用于转动车轮，这比蒸汽机车只用上7％的燃料高出了3倍，加足了油和少量水，一口气就可以跑上1000多千米。虽然内燃机车本身的造价是相同马力的蒸汽机车的2倍，可运行费用仅是蒸汽机车的40％左右，而且铁路沿线的辅助设施较少，所以总的维修费用也较低。在国外，特别是美国，几乎都采用柴油机车，并且大部分是由柴油发动机驱动发电机，用产生的电力再驱动电动机使机车行驶。采用这种传动方式的机车，叫做电传动柴油机车。在英国，伦敦与爱丁堡之间行驶的电传动柴油机车德尔奇克号，牵引1500吨的列车时速可达160千米以上。世界上柴油机车的先锋是德国，早在1937年，飞行汉堡号就已达到时速187千米的高速。在日本，由于石油要靠进口，柴油机车数量并不多。在我国，内燃机车已成为铁路运输的主力。总之，在经济性和高速化方面，柴油机车有着很大优势。
柴油机的发明者是德国人叫鲁道夫·狄塞尔。他到美国推销他发明的柴油机，美国通用电器公司一位叫兰普的技术人员，试用德国人的柴油机组装了一台电传动的内燃机车。
这是世界上第一台用柴油机作动力的机车，是内燃机车电传动原理的第一次应用，是现代内燃机车的鼻祖。
内燃机车虽然有不少优点，但目前内燃机的单机功率还不如电力机车的电机功率大。如果铁路要翻山越岭，有些路段坡度较大，这时内燃机车就有些“力不从心”，要改用电力机车了。我国的宝成铁路，经过秦岭的一段路山势陡险，行驶的就是由我国自制的电力机车。
电力机车有直流、交流两种。机车内装有电动机，利用电力使车轮转动起来。它的机械构造比内燃机车简单，购买、保养的价格都较低，而且功率大。它的工作效率很高，没有污染。在电力资源较丰富的国家，如日本，电力机车就占绝对优势。用煤作一次能源，进行火力发电，有30％的热能可以转变为电能，而电力输送及电机工作的效率都很高，所以电力机车的能量利用率较高，远远大于蒸汽机车只有7％的利用率，因此，应用电力机车可节约能源。但电气化的铁路沿线要设置变电所、电网，这些设备要花很多钱。所以，在运输繁忙的干线上，电力机车较为适用，而在运输不忙的支线上，使用内燃机车更为经济、合理。
世界上最早实现铁路电气化的国家是多山地的瑞士。而电气化铁路线路最长的国家是苏联。到1983年，苏联的电气化铁路有46826千米，占全世界的27.1％，占全苏联铁路的32.6％。电气化铁路线路在1万千米以上的国家还有日本（14438千米）、德国（11553千米）、法国（10335千米）。
我国也在积极建设电气化铁路，如陇海路（兰州——连云港）、宝成路（宝鸡——成都）、郑武路（郑州——武汉）、大秦路（大同——秦皇岛）、丰沙大路（丰台——沙城——大同）等，都已电气化了。随着社会主义事业的不断发展，铁路电气化会越来越普及。