蒸汽机车的出现是因为瓦特改良了蒸汽机。跟蒸汽机车出现的原因一样，内燃机车的发明也是归功于内燃机的出现。虽然德国没有和英国同时在第一次工业革命中迅速发展，但德国奋起直追，开始引领第二次工业革命的潮流。工程师奥托就是德国人努力追赶世界先进技术的代表。在1866年，他首先制成了一种燃烧煤气的新型发动机。这为内燃机车的出现提供了可能。以前，人们使用的蒸汽机是在汽缸外面的锅炉里燃烧燃料，但奥托发明的新型发动机可以让燃气在汽缸内进行燃烧，再利用气体的压力推动活塞，从而产生带动机器的力量。因此，人们就给它起了个形象的名字，叫作“内燃机”。内燃机结构小巧紧凑，转速快，运转平稳，热效率高，因此很快就受到各行各业的欢迎。

内燃机有着如此多的优点，这也让人们思考如何用它来改进火车。在1894年，德国人鲁道夫•狄塞尔发明了柴油内燃机，它和奥托发明的煤气内燃机不同，燃烧柴油会产生更大的能量。德国人开始把柴油内燃机安装到火车上，制造出世界上第一台内燃机车。这种既不烧煤，也不烧煤气的内燃机开始为火车提供动力。这也就意味着，火车能够以更快的速度奔驰，可以负载更多的人员和物资，提高了铁路的运输能力。而且内燃机车更清洁，对水的需求也大大减少，适合在比较缺水的地区使用。从它出现后，内燃机车就成为火车家族中最受欢迎的成员，并逐渐取代了蒸汽机车，直到今天，仍在广泛使用中。

奥托发明的柴油机的纪念邮票