Автономні локомотиви самі забезпечують себе енергією: тепловоз працює на дизельному двигуні, газотурбовоз працює на газотурбінному двигуні, а паровоз працює на паровій машині.
Є локомотиви, що працюють на електричній тязі, є працюючі на паровій – це, власне, паровози, а є й такі, у яких встановлений бензиновий або дизельний двигун. На залізницях нашої країни найбільш поширені саме дизельні двигуни, тоді як паровози вважаються «минулим століттям».
Тепловоз — це локомотив із встановленим на ньому двигуном внутрішнього згоряння (дизелем), він мобільний і не вимагає роботи сторонніх пристроїв і споруд, наприклад контактної мережі, як електровоз. Силовий встановленням на всіх тепловозах є саме дизелі, потужність яких залежить призначення локомотива.
Дизельний двигун тепловоза перетворює хімічну енергію згоряння рідкого палива або пального газу (у газотепловозах) на механічну енергію обертання колінчастого валу, від якого момент обертання, перетворюючись тяговою передачею, передається провідним коловим парам.