自從內燃機車投入使用后，它們就受到了人們廣泛的歡迎。在使用的過程中，人們發揮自己的聰明才智對內燃機車進行了各種改進。雖然它們都是使用內燃機作為動力，但是彼此之間還是有些區別的，各自使用的地方也不盡相同。為了將不同類型、不同用途的內燃機車區分開來，我們可以根據內燃機車的特點對它們進行分類。根據傳動裝置的不同，我們可以將內燃機車分為電傳動機車、液力傳動機車和機械傳動機車。這樣分類是因為它們使用內燃機產生動力的方式不同。電傳動機車是把內燃機產生的能量轉換為電能，然后帶動電動機驅動火車前進。液力傳動機車則是把內燃機產生的動力直接通過液力傳動裝置推動火車前進。而機械傳動機車則是直接使用內燃機車的動力產生機械能從而帶動火車前進的，使用它的情況通常較少，在中國一般是在功率較小的工礦小鐵路上使用。根據內燃機使用的原料不同，我們又可以將內燃機車分為柴油機車和燃氣輪機車。柴油機車就是使用柴油作為燃料的內燃機車。而燃氣輪機車則是使用壓縮后的空氣和混合噴出的燃料一起燃燒，變成高溫燃氣，然后流進燃氣渦輪中變成動力。但因為燃氣輪機的工藝比較復雜，對制作材料的要求非常高，并且需要大量空氣冷卻，所以它們在中國很少被使用。

另外，我們還可以根據使用方式將內燃機車分為客運內燃機車和貨運內燃機車。而根據內燃機車所使用的主內燃機的數量又可以將其分為單組內燃機車和雙組內燃機車等。