机车柴油机具有高功率强化柴油机的典型特征,一般为四冲程V型机,以12缸、16缸最为普遍,也有直列式6、8、10缸的。柴油机的宽度和高度受铁路机车车辆限界标准的限制，机车的允许轴重对柴油机重量也有一定的限制。现代机车柴油机不断提高增压度（见内燃机增压），同时加大气缸排量。大功率柴油机的单机功率已达5000千瓦，平均有效压力为1.3～2.0兆帕，燃料消耗率为200～225克/（千瓦·时）。柴油机的附件,如冷却水散热器、风扇和空气滤清器等均布置在机车厢内，机油滤清器、机油换热器一般也布置在机车厢内。柴油机几乎都采用电起动方式,只有个别的采用空气起动。调速系统大多采用液压全速调速器,并装有超速停机、油压保护和超温卸载等自动安全保护装置。