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Une locomotive est un véhicule ferroviaire qui fournit l'énergie motrice d'un train. L'adjectif substantivé est originaire du latin loco - « venant d'un lieu », ablatif de « locus », lieu - et du latin médiéval motivus, « qui provoque le mouvement ». Les machines à vapeur loco-motrices ont remplacé les machines à vapeur stationnaires chargées de faire remonter les trains de wagons de marchandises ou de voitures de voyageurs sur les plans inclinés des premières voies ferrées. Celles-ci complétaient la traction hippomobile sur les parties des voies sans déclivité, d'abord dans puis hors des mines, tandis que certains trains avançaient par gravité par exemple pour descendre le charbon des sorties des mines vers les canaux.
Une locomotive n'a pas de charge utile en elle-même, sa principale fonction étant de tracter un train et éventuellement d'en assurer le chauffage ou l'alimentation électrique. À l'inverse, d'autres trains sont autopropulsés, on les appelle alors automoteurs ou voitures automotrices. Ces engins ne sont toutefois pas considérés comme des locomotives ; on parle d'autorail ou d'automotrices. L'usage de ces véhicules automoteurs est de plus en plus commun pour les trains de passagers, mais très rares pour le fret (voir CargoSprinter). Les véhicules qui permettent de tracter un train tout en ayant un espace à utilisation commerciale (fourgon, places passagers, etc) sont des cas à part, nommés au cas par cas. On parle en général d'automotrice (en Anglais : power car).
Traditionnellement, les locomotives tractent les trains : elles sont donc situées à l'avant des convois. Toutefois, de plus en plus de trains de voyageurs sont réversibles : la locomotive tracte le train à l'aller et le pousse au retour. Dans ce cas, le conducteur contrôle la locomotive depuis une voiture pilote, à l'avant du train.