自从内燃机车投入使用后，它们就受到了人们广泛的欢迎。在使用的过程中，人们发挥自己的聪明才智对内燃机车进行了各种改进。虽然它们都是使用内燃机作为动力，但是彼此之间还是有些区别的，各自使用的地方也不尽相同。为了将不同类型、不同用途的内燃机车区分开来，我们可以根据内燃机车的特点对它们进行分类。根据传动装置的不同，我们可以将内燃机车分为电传动机车、液力传动机车和机械传动机车。这样分类是因为它们使用内燃机产生动力的方式不同。电传动机车是把内燃机产生的能量转换为电能，然后带动电动机驱动火车前进。液力传动机车则是把内燃机产生的动力直接通过液力传动装置推动火车前进。而机械传动机车则是直接使用内燃机车的动力产生机械能从而带动火车前进的，使用它的情况通常较少，在中国一般是在功率较小的工矿小铁路上使用。根据内燃机使用的原料不同，我们又可以将内燃机车分为柴油机车和燃气轮机车。柴油机车就是使用柴油作为燃料的内燃机车。而燃气轮机车则是使用压缩后的空气和混合喷出的燃料一起燃烧，变成高温燃气，然后流进燃气涡轮中变成动力。但因为燃气轮机的工艺比较复杂，对制作材料的要求非常高，并且需要大量空气冷却，所以它们在中国很少被使用。

另外，我们还可以根据使用方式将内燃机车分为客运内燃机车和货运内燃机车。而根据内燃机车所使用的主内燃机的数量又可以将其分为单组内燃机车和双组内燃机车等。