柴油機車顧名思義，即是以柴油為動力的火車頭。雖然燃燒柴油可以產生很大的動力來推動引擎，要將引擎的轉動作用到車輪上。最直接的便是透過變速器等機械讓車輪轉動，稱為「柴油機車」。但是引擎產生的動力不易控制，便用另一種間接的方法，將引擎先接到發電機上，使其產生電力後，這下就容易操縱了，之後便可以用和電力機車一樣的原理來行駛，將電接到馬達，再帶動車輪，稱為「柴動機車」。而台鐵的柴油機車大部份都屬於柴電機車，而柴油機車可說是非常稀少。

而在主力車頭，柴電機車又可依用途分為兩種。一是 Rood Engine，故稱「R」級，車牙較大，馬力也大，主要用在幹線上行駛。反之，另一種當然是車身較小，馬力也沒有那麼大，而主要行駛於支線或場內做調車用，稱為「S」級，為 Switcher 的字首。

大部份的人可能都知道台灣第一輛機關車 - 騰雲號，現在知它展示在二二八和平公園內。但若改問台灣第一輛柴油機車是那一輛，可以在那裡看到，相信就沒有人知道了，更別談看過了。其實這型值得紀念卻又鮮少人知道的台灣柴電機車開山袓 - 型式 R0，它於 1960 年生產來台，由於車前端裝了二個特別大的頭燈，而被趣稱為「大眼蛙」，但是行駛後發現日德產的引擎容易故障，後來便將當初引進的 12 輛之中的 7 輛進廠改造，引擎換成美國的，但出廠後原本大眼蛙的特徵 - 頭燈卻被換掉了，反而車身因引擎空間不夠，車背部變很成了駝背，成了 R0 的改造型，但年代漸久，這第一代柴電機車還是從台灣鐵道的舞台上淡出，如今若要回味這第一代車種，或許可以到苗栗鐵道公園來一探究竟，有僅存的 R6 在此展示，但還是改造過的，因此若要一見大眼蛙的風範，大概只能從照片中拾回破舊的記憶了。

接下來又陸續引進 R20 和 R50，R20 是在購買 R0 時，同時也向美國 GE 公司訂購 30 輛柴電機車，這型車輛很普遍，不只台灣引進，在世界各地從高緯度一直到低緯度的地方都能見到，只是軌距大小不同罷了。當然在台灣使用結果也不例外，十分銀好，因此又增購了 22 輛，有時會稱之為 R50 型的，但不管怎樣加起來 52 輛，已成為陣容最龐大的柴電機車了。

當時台灣鐵路大多數車頭還是使用黑頭仔 - 蒸汽車頭，因此不用加煤加水，且不會冒黑煙的柴電機車成了駕駛們的快樂天堂，爭著搶開這些「新科技的產物」台鐵只好以排班來解決，讓司機員輪流去享受一下柴電機車的濟涼，免於黑頭仔的「烘烤」。之後台鐵更在機車頂加裝冷氣，雖然讓車子頭上多了一個方方正正的方塊，但也讓司機員有更好的行車空間。

再來就是同樣是美國標準型次車頭 R100，R150 型的引進，這兩種機型一引進，由於速度快，牽引力大，首當擔任長途高級列車的車頭，反而是之前的 R20 慢慢降下擔負其它工作，至今非電氣化區間 R100，R150 型仍然是主力車種。兩型外觀很像駕駛室前的鼻端和前窗變平了，讓視野較寬廣，這便是和 R20 型的一大區別，而 R100 和 R150 之間最大差別就在牽引力也增加了。若是敏銳觀察可發現有幾輛 R150 型機車很新，車頂少了空調 (移到車內了)，看起較流線型，較亮麗的，沒錯，這些正是台鐵近十年來才購入的 R150 型增購車，編為 R180 和 R190 型。

最後就是 S 級柴調機車部分，台鐵的 S 級車頭一共有 S200、S300、S400 一共三種型式，其中 S200 型是在 R0，R20 引進時，同時購入的，因此若要說台鐵第一批的柴油電機車，大概就包括了 R0、R20、R200 三種型式了。較特別的是 S200~S207 中間背上凹了進去，裝了一個鈴鐺。還有就是其車身不但嬌小，車頭也呈扁平狀的，在看太多R級的大火車後實在覺得有些不習慣。S200 雖小，也曾行於屏東、南迴、東港、高雄臨港等線上，只是目前一共 12 輛都配置在高雄做為調車用，不再載客行駛了，而為數最多的S級柴電機車就非 S300 型莫屬了，共有 21 輛的龐大陣容，但在其牽引力和速度上較可能面臨將要淘汰，而其配置大多出現在各大車站，若要找尋其蹤跡並不難。S400 型只有五輛是七堵馬電峰調車場專用車，上面有為其所設計的特殊功能。

以上大至就是台鐵柴電機車族譜，而在柴液機車方面，駕駛室在車身中央是一大特色，也使得從側面看來呈「凸」字型。台鐵有的柴液就只有為數 12 輛的 DH200 型，不過目前也已停駛了。若想一窺其丰采，在花蓮和高雄機廠都各還有一台，在名義上已除籍，但仍作為調車用途，只是十分不容易找到它們。