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.
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.
Тепловоз – автономний локомотив, Первинним двигуном якого є двигун внутрішнього згоряння, як правило, дизельний. На 2022 рік найпоширеніший тип локомотива для неелектрифікованих залізниць у всьому світі.
Нецікаві факти про тепловозі Об'єм паливного бака 7300 л, але заправляють 6800 л. Витрати палива на ХХ від 11л/год до 21л/год, залежно від погодних умов (найбільш вбиті можуть і по 30 літрів їсти, а при навантаженні паливо, як у трубу відлітає).