何らかの熱機関を搭載し、燃料を燃焼させ、その熱エネルギーを機械的エネルギーに変換し、車輪を駆動させる。電車と同様に動力分散方式の鉄道車両に分類され、一両ごとに床下に内燃機関を配置し、複数両の車両を連ねる場合にはそれらを先頭車の運転台から一括して制御する、動力分散型総括制御方式を用いている。気動車の構造はその種類により全く異なるため、「気動車の分類」に掲載されている各記事も参照されたい。