詳細は、気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式の項を参照されたい。

• 流体式（液体式とも） - トルクコンバータ（略称・トルコン）を使用して総括制御可能とした変速方式。比較的軽量なことが特徴。戦後の日本における主流。かつてはトルクコンバータに依存する領域が広く、動力伝達時のロスを生じがちだったが、1990年代以降多段式の遊星歯車変速機を電子制御してトルクコンバータと組み合わせることで、広い速度域に適応させつつトルクコンバータへの依存領域を小さくする手法が普及し、伝達効率を向上させている。その為、現在の流体式と、電子制御化された機械式との違いは「トルクコンバータの有無だけ」となっている。

• 機械式 - 自動車のマニュアル車同様に、手動・足動式操作の変速機・クラッチを用いる原始的方式だが伝達効率は良い。日本では1950年代前半まで主流だったが、クラッチ容量の限界による出力向上の制約や、当時の日本ではこの方式による総括制御の研究が進まなかったため、1960年代までにほぼ廃れた。
  • ただし昨今の技術向上に伴い、電子制御による総括制御が可能になった事もあり、液体式のトルコンによる変速領域のロスを回避する見地から、ハイブリッド気動車として復権の兆しが見えている（→JR北海道キハ160形気動車）。デンマークでは機械式気動車を用いた200km/h運転の試験が行われているが、これは多段変速液体式のトルコンを省略して摩擦クラッチのみの装備に置換したものである。もっとも摩擦クラッチも発進時のロスを完全に克服できるものではなく、将来的に液体式を代替できるシステムであるかは未知数である。

• 電気式 - エンジン動力で発電を行い、発生電力でモーターを駆動して走行する方式。大出力向けで伝達効率自体は良く、保守点検も流体式に比べて容易なため、重量は増加するものの世界的には主流とする国が多い。日本では1930年代～1950年代に若干の試験的な採用例が見られたのみであったが、2000年代に入り、ハイブリッド気動車という形態で新たな開発がなされている。