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Zu den Vorteilen von Diesellokomotiven zählt, dass sie im Gegensatz zu elektrischen Lokomotiven keine teure Fahrleitung benötigen und dass sie vor und nach der Fahrt nicht so aufwändig wie Dampflokomotiven im Bahnbetriebswerk behandelt werden müssen. Daher ist der weltweite Bestand der Eisenbahngesellschaften an Diesellokomotiven höher als der an Elektrolokomotiven.

Zu den Nachteilen einer Diesellokomotive zählen ihre komplexe Antriebsmechanik und die Tatsache, dass sie ihren Energievorrat in Form von Dieselkraftstoff mitführen muss. Ein weiterer, sehr erheblicher Nachteil ist, dass ein Dieselmotor im Gegensatz zu Elektromotoren und Dampfmaschinen nicht aus dem Stand unter Last anlaufen kann und dass eine Diesellokomotive daher geeignete Kupplungs- und Kraftübertragungselemente benötigt, die einen lastfreien Start und ein Hochlaufen des Motors ermöglichen, bevor die Lokomotive auf Zugkraft beansprucht wird. Da es in den vorherrschenden Leistungsklassen keine Reibungskupplungen gibt, hat sich die elektrische oder hydraulische Kraftübertragung durchgesetzt. Beide sind stets mit Verlusten verbunden. Diesellokomotiven haben auch Nachteile im Bereich Beschleunigung (vor allem im Vergleich zu elektrischen Triebzügen) und Höchstgeschwindigkeit sowie im Leistungsgewicht (Verhältnis Masse zu Antriebsleistung), welche vor allem bei Steilstrecken relevant ist.

Angesichts hoher Rohöl- und damit auch Dieselpreise, der Auswirkungen der Dieselabgase und des bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehenden Klimagases Kohlenstoffdioxid wurde der Einsatz von Diesellokomotiven in Deutschland verringert.

Bahnstrecken und Bahnbetriebe wurden zunehmend elektrifiziert. Dort, wo elektrische Fahrleitungen nicht wirtschaftlich gebaut oder betrieben werden können, wie zum Beispiel beim Durchqueren von Wüsten, unwegsamem Gelände, im Nebenbahnbereich oder im Rangierbetrieb, werden überwiegend Diesellokomotiven eingesetzt.