机车可按所采用的动力装置、用途和走行部形式分类。

按动力装置分类 可分为两类。

①热力机车：所装的原动机属于热机，如蒸汽机车、柴油机车、燃气轮机车等。这类机车都携带燃料和水，是自带能源的机车，能独立地行驶，只要有合适的轨道和添加燃料与水的设备，就能运行。但机车重量和外形尺寸分别受轴重和铁路限界的约束，不能造得过重过大，因而装于机车内的动力装置的重量和尺寸也受到约束。

柴油机和燃气轮机均属内燃机，装用这两种原动机的机车称为内燃机车。柴油机车安装用的传动装置的传动方式，又可分为机械传动柴油机车、电力传动柴油机车和液力传动柴油机车；燃气轮机车也是如此。

②电力机车：一种由外部电站输给沿铁路的变电所，再经轨道上空的接触网或铺设于轨道一侧的第三轨供给电能的机车。供电容量不受额定功率限制，因此，它具有功率大，短时过载能力强，运行速度高，加速快，牵引力大，没有排烟排气污染环境等优点，适用于运输繁忙或坡度大、隧道长的铁路线上，尤其适用于大城市城郊运输和地下铁道运输。但这种机车只能运行于架有接触网或铺设第三轨并供电的线路上，不如热力机车机动灵活。电气化铁路还对附近电信通信有干扰。因为要架设接触网或铺设第三轨以及每隔一定距离设置变电所等，所以基本建设投资较大。

按用途分类 可分为五类。

①客运机车：牵引客车车列的机车，需有较高的运行速度和起动加速度，并能作长距离运行，但牵引力不一定要很大。

②货运机车：牵引货车车列的机车，须有相当大的牵引力，能作长距离运行，但运行速度不必很高。

③客货通用机车（或通用机车）：牵引重的（辆数多的）客车车列或较轻的快速货车（装鲜活货、冷藏货等

）车列，其性能介于客运机车和货运机车之间。

④调车机车：在车站内或编组站（场）用于车列的解体和编组，如牵出、转线和车辆的取送等作业的机车。这种机车起动和停车频繁，正向和反向行驶频繁，应有足够的粘着重量、牵引力、起动加速度，必要的功率和良好的换向性能，运行速度可更低些。调车机车有站内调车机车和编组站调车机车两种。前者适用于车站进行客车车列或部分货车车列的摘挂和牵出作业，也适用于工矿企业厂内运输，所需功率较小；后者适用于编组站（场）进行车列解体、编组和牵出作业，也可兼作短途运输。

⑤工矿机车：担任采掘、冶金、石油、化工、森林等企业内部运输和工厂内部运输的机车。一般说功率比铁路干线用的机车小，速度要求也不高，但须有足够的牵引力。在某些特殊工厂运输用的机车还须有防火、防爆等设施。为此，有几种专门设计的机车，如：压缩空气机车，以压缩空气贮气罐代替蒸汽机车锅炉，将压缩空气降压输至汽缸工作；无火蒸汽机车，又称蓄蒸汽机车，实际是无火箱的常规蒸汽机车，是将有一定压力和相应温度的饱和蒸汽和饱和水储于保温的锅炉内降压输至汽缸工作；蓄电池机车，自身携带蓄电池供电给牵引电动机来驱动车轮的电力机车。

按走行部形式分类 可分为两类。

①车架式机车：机车的动轴以固定位置装于刚性车架。蒸汽机车的动力通过摇杆、连杆驱动各动轮；不少小型柴油机车的动力是通过变速齿轮箱输出齿轮轴两端所装的曲拐销以连杆驱动动轮。这种走行部有结构简单、造价低廉等优点。但固定轴距（装在刚性车架上的最前轴和最后轴按轴心计算的水平距离）长，通过曲线线路较困难，不宜于高速行驶，因此蒸汽机车的动轮前部装有导轮转向架，后部装有从轮转向架，但这种机车仍属车架式机车。

②转向架式机车：机车车架两端各由一台可平旋的转向架支撑。两台转向架与车架相连接，并将动轮产生的轮周牵引力传递给车架和车钩。电力机车、柴油机车和燃气轮机车都采用这形式。每台转向架可装2～4根轴，一般装2～3根轴。转向架各轴通常均为动轴，电力传动机车的动轴几乎都是单独驱动的，只有单牵引电动机车转向架和液力传动机车转向架的动轴是联动的（成组联合驱动的）。机车各转向架都可沿曲线线路平转，固定轴距短，易于通过曲线线路，加之弹簧悬挂系统完善，因而运行平稳，利于高速行驶。