Локомотивы, эксплуатируемые на железных дорогах общего пользования, по роду работы делят на магистральные (грузовые, пассажирские, универсальные), которые служат для вождения поездов, и маневровые локомотивы, используемые при маневровых работах на станциях, а также маневрово-вывозные локомотивы, предназначенные для смешанной работы — выполнения манёвров и тяги поездов. Кроме того, на промышленного предприятиях для перевозок на внутризаводских путях, лесоразработках, в рудниках, шахтах и т. п. используют промышленные локомотивы для широкой и узкой рельсовой колеи (см. Промышленный транспорт).
Род работы локомотива определяет выбор его основные тяговых параметров (мощности, силы тяги, скорости движения) и основные конструктивных форм и размеров (осевой формулы, диаметра колёс и др.). Одним из важных параметров, влияющих на выбор типа локомотива для обеспечения перевозок, является его коэффициент полезного действия (кпд). Первые локомотивы— паровозы, появившиеся в начале 19 в. в Великобритании, на протяжении почти 100 лег были на железных дорогах единственным тяговым средством. Рост промышленности и торговли, повлёкший за собой увеличение объёма перевозок, потребовал интенсивного развития железнодорожного транспорта, увеличения массы поездов и скорости их движения и соответственно совершенствования конструкции локомотива, повышения их мощности, силы тяги и экономичности. Наиболее совершенные паровозы, выпускавшиеся в начале 20 в., уже имели макс, кпд 6—8%, а средне-эксплуатационный — на уровне 4%.
На железных дорогах СССР самым мощным массовым паровозом, выпуск которого начался в 1931, был паровоз серии ФД (Феликс Дзержинский) типа 1-5-0 со сцепным весом 1040 кН, расчётной силой тяги 241,5 кВт и конструкционная скоростью 90 км/ч. При расчётной скорости 23 км/ч он развивал мощность на колёсах 1513 кВт. Конструкционная скорость пасс. тепловоза ФД™ составила 115 км/ч; опытные паровозы типа 2-3-2 для скоростного пассажирского движения на испытаниях развивали скорость до 160—170 км/ч. В США были выпущены мощные сочленённые паровозы типа 1-5 + 5-1 (с двумя или несколько самостоятельными экипажными частями), которые обеспечивали расчётную силу тяги до 660 кН Отечеств, магистральный грузовой паровоз последнего типа развивал мощность 1800 кВт, имел конструкционная скорость 80 км/ч; пасс. паровоз — соответственно 1900 кВт и 125 км/ч.
Первые магистральные тепловозы, появившиеся в 20-х гг. 20 в., имели в несколько раз более высокий, чем у паровозов, кпд, что явилось одной из решающих причин довольно быстрого их развития и совершенствования. В СССР была организована разработка проектов тепловозов для последующей постройки их на отечественных заводах и за границей. Магистральный тепловоз Щвл1 построен ленингр. заводами в 1924; тепловозы Эш2 и ЭИ13 были заказаны для рус. ж. д. в Германии в счёт поставок паровозов. В 1931 Ашхабадская ж. д. перешла первой на сети железных дорог страны на тепловозную тягу. Особенно интенсивно в СССР замена паровозной тяги тепловозной происходила в кон. 40-х и в 50-е гг., когда был прекращён выпуск паровозов (1956). Современные тепловозы в большом диапазоне реализации мощности имеют кпд около 30%, а среднеэксплуатационных кпд — около 25%. По сравнению с паровозами тепловозы помимо более высокой экономичности обладают рядом других положит, качеств: позволяют при эксплуатации увеличить массу поезда, удлинить тяговые плечи, сократить простой в ремонте, повысить производительность труда. Серийные тепловозы ТЭ10 и 2ТЭ116 при мощности дизеля 2206 кВт имеют расчётную силу тяги 253 кН в секции и развивают мощи, на колёсах 1612— 1668 кВт. Выпускаются 2-, 3-, 4-секционные тепловозы ТЭ10. Тепловозы 2ТЭ121 при мощности дизеля 2941 кВт имеют силу тяги 300 кН в секции и развивают мощность на колёсах 2173 кВт. Конструкционная скорость грузовых тепловозов 100 км/ч, пассажирских — 160 км/ч. Созданы опытные образцы тепловозов с секционной мощностью (по дизелю) 4412 кВт.
Первые попытки использования электрическое энергии для тяги поездов относятся к кон. 19 в. Первый отечественный электровоз ВЛ19, выпущенный в 1932, имел 6 тяговых двигателей мощностью по 340 кВт каждый и развивал скорость до 90 км/ч. Наиболее распространённые современные электровозы постоянного тока В Л10 имеют расчётную силу тяги 502 кН при расчётной скорости 45,8 км/ч, развивают мощность на колёсах 5280 кВт. Электровозы переменного тока ВЛ80 с расчётной силой тяги 512 кН при расчетной скорости 43,5 км/ч развивают мощность на колёсах 6350 кВт. Конструкционная скорость большинства грузовых электровозов — до 110 км/ч, а пасс, тепловозов ЧС2 и ЧС4 — 160 км/ч. Во 2-й пол. 80-х гг. созданы мощные электровозы нового поколения: грузовые ВЛ15 на. постоянный токе, развивающие мощность 9000 кВт при силе тяги 688 кН и ВЛ85 на переменном токе мощностью 10 000 кВт при силе тяги 720 кН; пасс, тепловозы ЧС7 на постоянный токе мощностью 6160 кВт и ЧС8 на переменном токе мощностью 7200 кВт. Собств. кпд электровозов достигает 88—90% при общем кпд электрическое тяги (с учётом кпд ТЭЦ или ГЭС, тяговых подстанций, линий электропередачи и контактной сети) около 22—24%
Оборудование железнодорожной линии под электрическое тягу (монтаж контактной сети, тяговых подстанций и др.) сравнительно дорого, поэтому электрификация железных дорог целесообразна при относительно большой грузонапряжённости направления. Большим преимуществом электрическое тяги является возможность рекуперации электрическое энергии при торможении поезда, которая особо эффективна на затяжных уклонах, в пригородном движении. Возврат энергии может достигать 25% расхода энергии на тягу.
Дальнейшее совершенствование электровозов и тепловозов направлено на повышение их надёжности и экономичности, улучшение тяговых качеств, снижение затрат на обслуживание и ремонт путём создания безремонтных конструкций узлов и агрегатов, применения бесколлекторного тягового привода, микропроцессорной техники в системах управления, регулирования, диагностики. Перспективно использование в качестве моторного топлива на тепловозах сжатого и сжиженного природного газа. Повышению экономичности могут способствовать совершенствование термодинамического цикла дизеля, освоение высокотемпературных топливных элементов.
Достаточно высокой мощностью — до 6300 кВт — обладает газотурбовоз. Однако из-за сравнительно невысокого кпд (12—18%) и сложности изготовления этот локомотив не получил широкого распространения, был выпущен малыми сериями за рубежом (Германия, США), единичные экземпляры построены в нашей стране.
Основу локомотивного парка подвижного состава всех промышленно развитых стран составляют электровозы и тепловозы. Остальные типы локомотивов из-за малой мощности, низкого кпд, сложности конструкции широкого распространения не имеют и используются в основном, когда необходимо обеспечить безопасность работ, вести работу на небольших площадях (в карьерах, портах) либо выполнять специальные рейсы.
Дальнейшее развитие локомотивостроения связано с увеличением единичной мощности и скорости движения. В плане увеличения мощности перспективны турбопоезда, в которых используется авиац. газовая турбина, способные развивать скорость до 200 км/ч, а также локомотивы с турбовинтовым и реактивным двигателями. Скорости движения до 500 км/ч характеризуют локомотивы высокоскоростного наземного транспорта.