現代の日本の気動車は、ほぼすべてがトルクコンバータを介して動力伝達する「液体式変速機」を用いており、トルクコンバータのトルク増幅機能によって低速域の牽引性能を確保すると共に、直結段での変速によって、広い速度領域でエンジン性能の有効活用を図っている。

ディーゼルエンジンの特徴として全域でフラットトルクであるため、出力が回転数にほぼ比例して上がることから、高速域での牽引力は、同出力の直流直巻モーターを上回ることがあげられる。

ただし内燃機関は過負荷・過回転への耐性が低く、過負荷に対する耐性が高い電気モーターではあたりまえに見られる「短時間定格」、いわゆる定格オーバーでの運転が不可能である。また、国鉄旧型気動車に見られるような比較的簡易な2段変速（トルコン+直結1段）などのようにギアリングが限られる場合にはエンジン出力を有効に使えず、登坂速度等は一般に電車より劣ることになる。

液体変速機を使用した気動車の、起動直後の低速域での加速度は一般に電車より高い。しかしながら、電車のモーターは右下がりのトルク特性で、起動時から同じ加速度を維持できるのに対し、気動車ではエンジン回転数が増すにつれ加速度が急激に減少するのが一般的で、そのため、上の段に変速する必要がある。

従って気動車の高性能化に際しては過大出力とも言える機関の搭載を要するが、これにはエンジン技術の他にも車両床下への搭載性、更には経済性などの制約を伴う。かつてはこれに加え、エンジン性能の有効利用を可能とする多段変速機の改良・発達が滞っていた実情もあり、日本の気動車の性能向上を大きく妨げた。

1980年代以降、民生用高性能エンジンの採用と、電子制御の発展に伴う多段型変速機の実用化で気動車の性能改善は飛躍的に進んだ。しかし、現行の技術をもってしても高出力化には車両搭載性、そして経済面での制約が依然として存在する。