Теплово́з, автономный локомотив, в котором в качестве главной энергетической установки используется двигатель внутреннего сгорания (обычно дизель). Тепловой двигатель преобразует энергию жидкого топлива в механическую энергию вращающегося коленчатого вала, от которого вращение передаётся колёсным парам. Для обеспечения работы дизеля с постоянной частотой вращения вала и передачи энергии от вала движущим колёсам служит т. н. тяговая передача – специальное устройство, которое «приспосабливает» работу дизеля к переменным режимам работы локомотива. К основным узлам тепловоза относится также экипажная часть, в которую входят кузов, главная рама с ударно-сцепными устройствами, тележки с колёсными парами и система рессорного подвешивания; нормальную работу основных узлов обеспечивает вспомогательное оборудование (топливная система дизеля, системы охлаждения, смазки и подачи воздуха, пожаротушения и др.).

В зависимости от назначения тепловозы разделяют на пассажирские, грузовые, маневровые, промышленного транспорта, универсальные и др. Назначение тепловоза определяет его технические характеристики, конструктивное исполнение, выбор типа двигателя, передачи, экипажной части и т. п. На тепловоз устанавливают четырёхтактные и (реже) двухтактные двигатели. На магистральных железных дорогах эксплуатируются тепловозы с дизелями мощностью до 3000 кВт и электрической (гидравлической) передачей, на путях промышленных предприятий – тепловозы меньшей мощности (обычно до сотен кВт), в основном с гидромеханической или механической передачей. По устройству ходовых частей различают тепловозы тележечного типа (наиболее распространены) и тепловозы с жёсткой рамой (бестележечные).

Первый проект тепловоза предложен в России в 1905 г. Н. Г. Кузнецовым и А. И. Одинцовым; их схема локомотива стала прообразом тепловоза с электрической передачей, получившей в дальнейшем наибольшее распространение. Первый магистральный тепловоз создан в 1921–1924 гг. по проекту Я. М. Гаккеля (авторское свидетельство в 1926); первый серийный тепловоз (с 6-цилиндровым четырёхтактным дизелем; мощность 840 кВт, максимальная скорость 55 км/ч) выпущен в 1932 г. Коломенским паровозостроительным заводом.