蒸汽機車的出現是因為瓦特改良了蒸汽機。跟蒸汽機車出現的原因一樣，內燃機車的發明也是歸功于內燃機的出現。雖然德國沒有和英國同時在第一次工業革命中迅速發展，但德國奮起直追，開始引領第二次工業革命的潮流。工程師奧托就是德國人努力追趕世界先進技術的代表。在1866年，他首先制成了一種燃燒煤氣的新型發動機。這為內燃機車的出現提供了可能。以前，人們使用的蒸汽機是在汽缸外面的鍋爐里燃燒燃料，但奧托發明的新型發動機可以讓燃氣在汽缸內進行燃燒，再利用氣體的壓力推動活塞，從而產生帶動機器的力量。因此，人們就給它起了個形象的名字，叫作“內燃機”。內燃機結構小巧緊湊，轉速快，運轉平穩，熱效率高，因此很快就受到各行各業的歡迎。

內燃機有著如此多的優點，這也讓人們思考如何用它來改進火車。在1894年，德國人魯道夫?狄塞爾發明了柴油內燃機，它和奧托發明的煤氣內燃機不同，燃燒柴油會產生更大的能量。德國人開始把柴油內燃機安裝到火車上，制造出世界上第一臺內燃機車。這種既不燒煤，也不燒煤氣的內燃機開始為火車提供動力。這也就意味著，火車能夠以更快的速度奔馳，可以負載更多的人員和物資，提高了鐵路的運輸能力。而且內燃機車更清潔，對水的需求也大大減少，適合在比較缺水的地區使用。從它出現后，內燃機車就成為火車家族中最受歡迎的成員，并逐漸取代了蒸汽機車，直到今天，仍在廣泛使用中。

奧托發明的柴油機的紀念郵票