Eine Diesellokomotive (Diesellok) ist ein Triebfahrzeug der Eisenbahn, das mit einem oder mehreren Dieselmotoren und bzw. oder einer Gasturbine fährt.

Der Dieselmotor besteht aus vielen Bauteilen. Auch er hat, wie die Dampflok Zylinder, aber nicht nur vier, sondern bis zu 18 Stück, die mit eingespritztem Dieselkraftstoff angetrieben werden. Was das Feuer bei der Dampflok bewirkt, sind bei der Diesellokomotive die Einspritzpumpen für den Kraftstoff. Ein wichtiger Punkt bei der Diesellok ist die Kraftübertragung, diese muss eine problemlose Anfahrt ermöglichen, genauso wie die Entfaltung der Zugkraft. Außerdem ermöglicht sie das dynamische Bremsen.
Heutige Dieselloks werden mit hydraulischer oder elektrischer Kraftübertragung gebaut.

Zu den Vorteilen der Diesellokomotive zählt, dass sie im Gegensatz zur Elektrolok keine teure Oberleitung benötigt und andererseits vor und nach der Fahrt nicht so aufwändig gewartet werden muss wie früher die Dampflok.

Zu den Nachteilen der Diesellok gehört z. B. die komplexe Antriebsmechanik, außerdem muss der benötigte Kraftsstoff immer mitgeführt werden. Ein weiterer, nicht unerheblicher, Nachteil ist, dass die Diesellok keine Zugkraft aus dem Stand entwickelt.
Oft werden Diesellokomotiven dort eingesetzt, wo es nicht möglich ist, für Elektroloks Oberleitungen zu bauen, wie z. B. in der Wüste.