Электровоз - локомотив, получающий энергию с контактной сети, которая протянута над железной дорогой, реже - по контактному рельсу. Электрический ток снимается с контактной сети пантографом, подается на электродвигатели локомотива, которые приводят в движение колеса. Некоторые локомотивы могут получать энергию из аккумуляторов, установленных на них. Соответственно, различают контактные, контактно-аккумуляторные и аккумуляторные электровозы. По характеру выполняемых этими локомотивами перевозок также выделяют пассажирские, грузовые, маневровые, шахтные и специальные. По типу электропитания, с которым работают локомотивы, их делят на электровозы постоянного и переменного тока, а также на двухсистемные (способные работать с обоими видами тока).

Работы по созданию электровоза начались с начала ХІХ века, то есть почти сразу после появления первых локомотивов (паровозов). Испытания небольших тележек с электродвигателями проводились еще в 30-х годах ХІХ века, но первые опытные модели электровозов, представляющие интерес для промышленности, появились ближе к его концу в США и Германии. К началу XX века электровозы уже достаточно активно эксплуатировались на железных дорогах мира.
В СССР разработки первых электровозов и планов по электрификации железных дорог появились лишь в 20-х годах ХХ века, но широкое применение на дорогах страны электрическая тяга получила уже после войны. До войны были электрифицированы лишь небольшие особо сложные горные участки дорог, а также дороги, по которым было налажено пригородное пассажирское сообщение.
После войны рядом заводов СССР (Тбилисским, Новочеркасским) начат серийный выпуск электровозов для магистралей, электрифицированных как постоянным, так и переменным током.
Современные электровозы имеют КПД до 99%, и потому очень экономичны. Хотя эти локомотивы менее мощны, чем тепловозы, они успешно осуществляют грузовые перевозки и незаменимы на скоростном пассажирском движении. Электровозы быстро и плавно разгоняются и могут развивать огромную скорость. Рекорд в этой области принадлежит французскому поезду TGV V150, развившему 3 апреля 2007 года скорость 574,8 км/ч.

Тепловозы - локомотивы с первичным двигателем внутреннего сгорания (чаще всего дизелем). Колесные оси у них соединяются с двигателем при помощи механической, гидравлической или электрической передачи. По виду работ, для которых предназначаются локомотивы, различают грузовые, пассажирские и маневровые тепловозы.
Первые попытки создать тепловоз предпринимались еще в конце XIX века. В 1912 году в Германии Рудольфом Дизелем был построен первый магистральный тепловоз. В последующие годы над тепловозами активно работали в США, где они получили широчайшее распространение на железных дорогах. В СССР первый тепловоз построен в 1924 году. Тепловозная тяга получила в СССР широкое применение после войны. Коломенским и Луганским заводами созданы прекрасные образцы тепловозов, работающие на магистралях стран СНГ, Ближнего Востока и Африки и поныне.

Тепловозы - удобные и экономичные локомотивы. Они используют дешевое и грубое нефтетопливо и не требуют контактной сети. При этом их КПД составляет в среднем 30%. Мощность современных тепловозов достигает 3500 л.с. и более. Им по силам вести огромные тяжеловесные составы на проблемных участках пути. Многие модели грузовых тепловозов специально выпускаются в двухсекционном варианте. Применяют тепловозы и на пассажирских перевозках и для маневровых работ на станциях. Современные тепловозы развивают скорость до 160 км/ч. Рекорд скорости среди тепловозов принадлежит отечественному ТЭП80. Он установлен в 1993 году и составляет 271 км/ч.

Газотурбовозы - локомотивы, у которых двигателем является газовая турбина. Посредством электрической передачи двигатель соединяется с генератором, ток, вырабатываемый этим генератором, подается на электрические двигатели (их обычно по одному на каждую ось локомотива), которые и приводят колеса в движение.
Первые попытки создать газотурбовоз предпринимались в 1940-х годах. В 1948 году они появились на железных дорогах США, а в 1959 - в СССР (модель Г1). В разное время над газотурбовозами работали в Швеции, Швейцарии, Чехословакии и Великобритании. Советские газотурбовозы Г-1, ГТ101 и ГП-1 после проведения испытаний так и не были запущены в серию. Хотя газотурбовозы имеют меньшую удельную массу, просты в конструкции (газотурбовоз в 2 раза короче тепловоза аналогичной мощности) и используют относительно дешевое топливо, они так и не нашли широкого применения на транспорте. Их низкий КПД (примерно 15%) сделал их неконкурентоспособными по сравнению с тепловозами и электровозами.
Работы по улучшению КПД газотурбовозов недавно начаты в России. 4 июля 2008 года экспериментальный газотурбовоз ГТ1 провел грузовой поезд по участку Куйбышевской ЖД.