内燃机车出世后，以其明显的优势很快就压倒了蒸汽机车。特别是第二次世界大战结束后，由于内燃机车所用的燃料——石油价格较低，能大量供应，因而有力地促进了内燃机车的发展。一些国家如美国、日本、法国、加拿大等国都相继制成了内燃机车，并且在10年左右的时间内实现了铁路机车内燃化，使内燃机车得到了较广泛的使用。
我国于1958年研制成了第一台内燃机车。到1969年，已制造出4000马力的大功率内燃机车，如“东风型”、“东方红型”和“北京型”内燃机车等。现在，我国在许多铁路线上已有各种类型的内燃机车牵引着长长的列车在驰骋着，一些主要干线的直达客车基本上实现了内燃机车牵引。
内燃机车除了通常使用的电传动内燃机车外，还有液力传动内燃机车和适用于寒冷缺水地区的燃气轮机车。
液力传动内燃机车是将内燃机产生的动力，通过液力变速箱、万向轴、车轴齿轮箱等设备，使车轮转动，从而带动车辆前进。早期的液力传动内燃机车，采用类似于蒸汽机车的连杆驱动。
燃气轮机车是现代化内燃机车的一种。这种机车的内燃机与喷气式飞机的原理相同。它比一般内燃机车的马力大，振动小，结构简单，行驶安全可靠，而且容易制造。世界上第一台燃气轮机车是1941年在瑞士制成的。由于它特别适用于高寒、缺水地区使用，近年来发展很快。法国已研制成并投入使用第二代和第三代燃气轮机车，其中第二代燃气轮机车的最高时速就已达到260公里。目前，燃气轮机车已成为引人注目的现代化机车的一个得力的方面军。
高速火车
从世界上第一台火车问世到现在，已经有100多年的历史了。随着火车“年龄”的增大，它也日益现代化了。目前，世界各国虽然主要使用的还是电力机车和内燃机车（包括燃气轮机车）（也有一些国家还在使用蒸汽机车），但这些机车与它们的“祖先”相比，不仅面貌大为改观，而且机车的速度提高了十几倍，马力增大了数百倍。昔日马车要和它赛跑，今天的火车却敢与小飞机比高低。
现在，在一些国家的铁路线上已经有了万吨火车，也有了更大马力的电力机车，列车的速度超过了每小时200公里，正向着500公里的时速迈进。
20世纪80年代初期，法国修建的东南部高速火车就已投入运营了。它的最高时速达到270公里，一般速度也高达每小时约200公里。横渡英国和法国之间的英吉利海峡的高速火车，其最高时速达300公里。这些高速火车的速度之所以这么快，一是采用了流线型的外形，使火车飞驰时所受到的空气阻力大大减少；二是使用了牵引力很大的机车；三是应用电子计算机进行自动操纵。
横渡英吉利海峡的高速火车，不仅速度快，而且以乘坐舒适而名列20世纪90年代火车的榜首。它除了精心装置了减震设备外，还装有噪音低、震动小的新型空调设备。另外，头等舱的乘客还拥有一个小“沙龙”。车上还设有电话亭。乘坐这样的列车，使人感到舒适、方便。列车的外观设计也别具一格，车厢涂成清爽悦目的银白色和蓝色。车门的颜色随车厢的等级而不同，使乘客能很快找到自己所乘坐的车厢。
人们从火车运行中发现，普通火车的速度之所以难以提高，主要不在于发动机，而是火车轮子的行驶速度受到了铁路轨道的限制。在火车速度比较低时，这种限制作用还不大明显。然而，当火车速度加快，特别是在时速超过200或250公里以上时，列车就变得不稳定，方向不好控制，车轮产生的噪音很大，对钢轨的磨损也很严重，往往会突然发生严重的故障。
解决这种难题的办法，一是建造一条笔直的铁路，这样火车就能轻而易举地达到每小时300公里的速度，而且列车行驶平稳，乘坐舒适、安全。但是，这种铁路造价很高。例如，法国建造的巴黎至里昂的高速铁路，造价高达20多亿美元。这条铁路确实平坦笔直，可它跨越了很多峡谷，穿过了许多山岭，甚至毁坏了一些旅游风景区和文明古迹；二是向空中发展，建造高架铁路。英国早在1836年就建造了格林尼治至伦敦的高架铁路。当时这条铁路要穿过市区，许多住宅和部门必须拆迁，而英国议会又规定铁路和公路在市内不能平面交叉。在这种情况下，为了提高车速，保证安全，减少拆迁，人们就想出了建造高架铁路。接着，美国在纽约市也架起钢结构立柱式高架铁路。由于这种高架铁路的噪音和振动都较大，影响周围居民的安宁，所以钢筋混凝土高架桥式铁路便在城市中应运而生。后来，还在高架桥的两侧装设了防音壁，使噪音进一步减小。日本是建造高架铁路最多的国家，而且多为独轨跨座型和悬空型单轨高架车。这些高架铁路的建成，有效地解决了日本一千多个道口的交通阻塞问题。其中，东京——大阪——博多之间建成的铁路新干线，全长1078公里，就有高架铁路208公里。目前，世界上最快而又安全的单轨高架铁路是日本的羽田至浜松町之间的铁路，全长13.1公里。在这条线路上行驶的列车，每三辆编成一组，共长29.4米，重41吨，每次可载乘客240人，每8～15分钟可开出一趟车，最高时速达80公里；第三种办法比较新颖，它不在难度大、牵扯面广的线路上打主意，而是另辟蹊径，在列车上挖潜力。它既不需要将铁路的弯道变直，又不花费大量资金建高架铁路，只是将普通列车的固定轮轴变成可以随着铁轨的弯度自动改变方向的活动轮轴，从而就可使火车以较高的速度通过弯道，保证列车的高速行驶。
瑞典于1990年制成并投入使用的高速列车，就是这种类型列车的典型代表。
它可以在普通铁路轨道上高速行驶，时速可达200公里，而且列车行驶平稳，噪音很小。如果对铁路弯道进行加固，并建立新的信号装置和控制系统，就可使车速增加到每小时250公里。这种高速列车的可贵之处，就在于它构思巧妙，可利用普通铁路轨道，因而具有推广使用价值。假若北京至天津之间使用这种列车，半个小时就到了，那该多快呀！
人们还在进一步提高列车的行驶速度，研制新型的高速火车。原联邦德国在慕尼黑附近建立一座巨大的高速火车试验台。它利用电子计算机装置模拟试验高速火车和线路的各种情况。例如，模拟慕尼黑至斯图加特之间任何一段路程的火车行驶情况，列车的时速可以达到200公里，最高可达500公里。这种试验台为不久的将来建造更快的高速火车创造了有利条件，人们期待着这种新型火车早日投入使用。
没有轮子的火车
火车和其他车辆一样，是利用车轮行驶的。火车的轮子不断地在钢轨上滚动，才推动列车飞速前进。然而，车轮也对列车的高速行驶带来不利影响。
随着火车速度的提高，轮子和钢轨便产生猛烈的冲击和磨损，引起列车强烈的震动，发出很强的噪音，从而使乘客感到不舒服。不仅如此，由于列车在行驶中所受到的阻力（空气阻力和摩擦阻力）与速度的平方成正比，速度愈高，阻力愈大。所以，在利用车轮滚动行驶的条件下，当火车行驶速度超过一定值（每小时300公里）时，就再也快不了了。
但是，人们总希望火车的速度越快越好。怎样解决这个矛盾呢？有些人就提出把妨碍列车速度提高的车轮甩掉，设法使列车像飞机在空中飞行一样，在钢轨上腾空行驶，不就克服了轮子所带来的各种缺点吗！于是，没有轮子的火车便随之诞生了。
火车头和车厢都很重，如何使它们腾空起来呢？科学家通过研究，提出了两种解决方法。
第一种办法是，利用功率很强的航空发动机向轨道上喷射压缩空气，使列车的车底和轨道之间形成一层几毫米厚的空气垫，从而将整个列车托起，悬浮在轨道面上。再用装在后面的螺旋桨式发动机推动列车前进。这种火车通常叫做“气悬浮列车”。由于它好像被气垫托起来一样，所以又叫做“气垫列车”。
法国是世界上最早修建气垫列车的国家。20世纪60年代，在巴黎和奥尔良郊外建成了两条气悬浮式铁路，一条长18公里，另一条长6.7公里，曾进行了多次运行试验。列车的试验速度为每小时200至422公里。1969年在奥尔良郊外使用的气垫车，长26米，宽3.2米，高4.35米，重20吨，可乘80人。
后来，英国也进行了气垫列车试验。
第二种办法是，利用磁体同性相斥的原理，使车体在轨道上悬浮起来，再用发动机推动列车前进。人们把这种列车叫做磁浮列车。
磁浮列车是在列车的底部装有用一般材料或超导体材料（在一定温度下这种导体的电阻接近于零）绕制的线圈，而在轨道上安装环形线圈。根据法拉第的电磁感应定律，当列车底部的线圈通入电流产生的磁力线被轨道环形线圈所切割，就在环形线圈内产生感应磁场，它与列车底部超导线圈产生的磁场同性相斥，就使列车悬浮起来。由于悬浮列车克服了轮子和轨道的摩擦阻力，因而可使列车的速度达到或超过每小时300公里。
由于磁浮列车的速度非常快，可与一般飞机的飞行速度媲美，人们称它为“飞行列车”和“超特快”列车。乘坐这种列车，使人感到既舒适、安全，又特别迅速。在车内听不到单调刺耳的车轮撞击声，即使行驶速度很高时，乘客也会觉得像坐飞机那样平稳。它的速度可达每小时500多公里。从北京到上海，距离约1600公里。如果乘坐这种没有轮子的火车，只要3个小时就可驶完全程，比普通火车快了六七倍。
磁浮火车是在本世纪60年代开始研制的。世界上第一条实用性的磁浮铁路建在原联邦德国汉堡市展览馆至展览广场之间，全长908米，轨道为高架桥式。磁浮列车长26.24米，可载客68人。它可浮离轨面10毫米运行，最高时速为75公里。
1979年12月12日，日本研制的磁浮列车进行了一次运行试验，时速达到504公里。试验是在日本宫崎县向市的铁路试验中心进行的。所用的试验车长13.5米，高2.7米，宽3.8米，重10吨。试验时，列车先经过一段短距离行驶，获得起始速度后，列车便在导轨上（通常为单轨，也有双轨的）浮升100毫米，并快速向前飞驰。
磁浮列车在悬空行驶时，是不使用车轮的。但在起动或刹车时，还需要用车轮。
