Коэффициент полезного действия локомотива — отношение полезной работы, выполняемой ведущими колёсами локомотива, к количеству теплоты, затраченной на её получение у автономных локомотивов, имеющих самостоятельную силовую установку (паровоз, тепловоз), или к энергии, полученной из контактной сети (электровоз). Коэффициент полезного действия локомотива зависит от кпд всех звеньев, участвующих в превращении подводимой энергии в механическую и в передаче её на ведущие колёса, а также от расхода энергии на служебные и вспомогательные нужды.

Различают кпд локомотива как силовой установки и кпд эксплуатационный, который зависит от времени работы локомотива на различных режимах при движении поезда и от расхода топлива (энергии) на поддержание локомотива в работоспособном состоянии во время стоянок. Расход топлива на стоянках у паровоза существенно больше, чем у тепловоза, а у электровоза — незначительный. Кпд паровоза зависит от его конструктивных особенностей, рода топлива и его качества, форсировки котла (интенсивности парообразования); макс, значение кпд не превышает 7—8%, а эксплуатационный кпд составляет около 4% Кпд тепловоза зависит от конструктивных особенностей дизеля, конструкции тяговой передачи, холодильника, вспомогательные механизмов, температуры и давления наружного воздуха, реализуемой мощности и др.; макс, значение кпд тепловоза — около 30%, эксплуатационный кпд — около 25% Кпд электровоза, не имеющего самостоятельной силовой установки, составляет 88—90%; кпд электрическое тяги, учитывающий кпд электростанций, устройств внешнего и тягового электроснабжения и ЭПС,— 22 — 24%.