Теплово́з, локомотив с двигателем внутреннего сгорания (дизелем), энергия которого через силовую передачу (электрическую, гидравлическую или механическую) передается на колесные пары. Основные элементы тепловоза: тепловозный двигатель, силовая передача, экипажная часть, вспомогательное оборудование. Установленный в машинном отделении тепловоза двигатель превращает тепловую энергию сжигаемого топлива в механическую или электрическую энергию, которая через механическую, гидромеханическую или электрическую силовую передачу реализуется в движение колесных пар.
Идея использования теплового двигателя на локомотиве возникла в конце 19 в. Предшественники тепловоза — автодрезины, мотовозы, создававшиеся главным образом для внутризаводских перевозок. В 1922 тепловоз оригинальной конструкции с механическим генератором газа предложил советский инженер А. Н. Шелест. (см. также в ст. Железнодорожный транспорт)
Наиболее распространены тепловозы с электрической передачей, в которых коленчатый вал основного двигателя вращает якорь главного электрогенератора, вырабатывающего электрический ток для питания тяговых электродвигателей. Через зубчатую передачу вращение якорей тяговых электродвигателей передается колесным парам.
К экипажной части тепловоза относятся главная рама, двух-, трех- или четырехосные тележки с колесными парами, буксами и рессорным подвешиванием (см. Подвеска). На главной раме тепловоза располагается кузов. Тепловозы выпускаются одно-, двух- и трехкузовными (одно-, двух- и трехсекционными). В кузове размещается кабина машиниста, из которой осуществляется управление тепловозом. Машинист при помощи контроллера устанавливает определенную частоту вращения вала двигателя, а изменение режимов работы электрогенератора и тяговых электродвигателей производится автоматически в зависимости от профиля ж.-д. пути. От машинной части кабину обычно отделяет аппаратная камера, в которой размещены приборы и аппараты для выполнения переключений в силовой цепи тепловоза. В машинном отделении, кроме двигателя, находится главный генератор, компрессор, аккумуляторная батарея, фильтры и т. п. Тепловоз — экономичный локомотив, на котором энергия топлива используется примерно в 6 раз эффективней, чем на паровозе. Современные тепловозы имеют расчетный кпд 28-32%, развивают скорость 120-160 км/ч и более.
Историю создания см. в ст. Железнодорожный транспорт.