牽引電機是用于推進車輛的電動機，例如機車、電動或氫動力車輛、電梯或電動多單元。

牽引電機用于電動軌道車輛（電動多單元）和其他電動車輛，包括電動牛奶浮子、電梯、過山車、傳送帶和無軌電車，以及具有電力傳輸系統的車輛（柴油電力機車、電動混合動力車輛）)和電池電動汽車。

具有串聯勵磁繞組的直流電動機是最古老的牽引電動機類型。這些提供了可用于推進的速度-扭矩特性，在較低速度下提供高扭矩以用于車輛加速，并隨著速度增加而減小扭矩。通過布置具有多個抽頭的勵磁繞組，可以改變速度特性，從而允許操作員對加速度進行相對平穩的控制。通過在串聯并聯控制中使用車輛上的電機對來提供進一步的控制措施;對于慢速運行或重載，可以使用直流電源串聯兩臺電機。在需要更高速度的情況下，這些電機可以并聯運行，從而在每個電機上提供更高的電壓，從而實現更高的速度。鐵路系統的某些部分可能使用不同的電壓，車站之間的長期運行電壓較高，而車站附近的電壓較低，僅需要較慢的運行。

直流系統的一種變體是交流串聯電動機，也稱為通用電動機，它本質上是相同的設備，但以交流電運行。由于電樞電流和勵磁電流同時反向，因此電機的行為類似于用直流電通電時的行為。為了獲得更好的運行條件，交流鐵路的供電頻率通常低于用于一般照明和電力的商業電源；使用特殊的牽引電流發電站，或使用旋轉轉換器將50或60赫茲的商業電力轉換為25赫茲或16赫茲+2?3Hz頻率用于交流牽引電機。交流系統允許沿著鐵路線的長度有效地分配電力，并且還允許通過車輛上的開關設備控制速度。

交流感應電動機和同步電動機簡單且維護成本低，但由于其定速特性，難以應用于牽引電動機。交流感應電動機僅在由其結構和交流電源頻率決定的狹窄速度范圍內產生有用的功率。功率半導體的出現使得在機車上安裝變頻驅動器成為可能。這允許廣泛的速度、交流電力傳輸和堅固的感應電機，而無需磨損部件，如電刷和換向器。

傳統上，道路車輛（汽車、公共汽車和卡車）使用柴油和汽油發動機以及機械或液壓傳動系統。在20世紀后半葉，開始開發帶有電力傳輸系統（由內燃機、電池或燃料電池供電）的車輛——使用電機的一個優點是特定類型可以再生能量（即充當再生剎車）——通過給電池組充電來提供減速并提高整體效率。

傳統上，這些是串聯的有刷直流電機，通常以大約600伏的電壓運行。大功率半導體（晶閘管和IGBT）的可用性現在使得更簡單、可靠性更高的交流感應電機（稱為異步牽引電機）的使用變得實用。同步交流電機也偶爾使用，如法國TGV。

在20世紀中葉之前，通常使用單個大型電機通過與蒸汽機車上使用的連接桿非常相似的連桿來驅動多個驅動輪。例如賓夕法尼亞鐵路DD1、FF1和L5以及各種瑞士鱷魚。現在的標準做法是提供一個牽引電機通過齒輪驅動器驅動每個軸。

通常，牽引電機三點懸掛在轉向架架和從動橋之間；這被稱為“懸垂式牽引電機”。這種布置的問題在于，電機重量的一部分未懸掛，增加了軌道上不需要的力。以著名的賓夕法尼亞鐵路GG1為例，兩個安裝在轉向架上的電機通過一個套筒驅動器驅動每個軸。通用電氣為密爾沃基路建造的“雙極”電力機車配備了直驅電機。電機的旋轉軸也是車輪的軸。以法國TGV動力車為例，安裝在動力車車架上的電機驅動每個車軸；“三腳架”驅動器允許驅動系統具有少量靈活性，允許卡車轉向架樞轉。通過將相對較重的牽引電機直接安裝在動力車的車架上，而不是安裝在轉向架上，可以獲得更好的動力，從而實現更好的高速運行。

多年來，直流電機一直是電力和柴油電力機車、有軌電車/有軌電車和柴油電動鉆機的電力牽引驅動器的支柱。它由兩部分組成，旋轉電樞和圍繞旋轉電樞安裝在軸上的固定勵磁繞組。固定勵磁繞組由安裝在電機外殼內的緊密纏繞的線圈組成。電樞是另一組繞在中心軸上的線圈，通過“電刷”連接到勵磁繞組，電刷是彈簧加載的觸點，壓在電樞的延伸部分上，稱為換向器.換向器收集電樞線圈的所有終端并以圓形圖案分布它們以允許正確的電流順序。當電樞和勵磁繞組串聯時，整個電機稱為“串聯”。串聯繞組直流電動機具有低電阻磁場和電樞電路。因此，當對其施加電壓時，由于歐姆定律，電流很高.大電流的優點是電機內部的磁場強，產生大扭矩（轉動力），因此非常適合啟動火車。缺點是必須限制流入電機的電流，否則電源可能會過載或電機及其電纜可能會損壞。充其量，扭矩會超過附著力，驅動輪會打滑。傳統上，電阻器用于限制初始電流。

當直流電機開始轉動時，內部磁場的相互作用導致它在內部產生電壓。這種反電動勢(CEMF)與施加的電壓相反，流動的電流由兩者之間的差異決定。隨著電機加速，內部產生的電壓上升，產生的EMF下降，通過電機的電流減少，轉矩下降。當火車的阻力與電機產生的扭矩相匹配時，電機自然會停止加速。為了繼續加速列車，串聯電阻逐步關閉，每一步都會增加有效電壓，從而增加電流和扭矩，直到電機趕上。這可以在較舊的直流列車中聽到和感覺到，就像地板下的一系列沉悶聲，每一次都伴隨著加速度的猛拉，因為扭矩會隨著新的電流浪涌而突然增加。當電路中沒有電阻時，全線電壓直接施加到電機。火車的速度在電機轉矩（由有效電壓控制）等于阻力時保持恒定-有時稱為平衡速度。如果火車開始爬上斜坡，速度會降低，因為阻力大于扭矩，速度降低會導致CEMF下降，因此有效電壓會上升-直到通過電機的電流產生足夠的扭矩來匹配新的阻力.串聯電阻的使用是浪費的，因為大量的能量以熱量的形式損失掉了。為了減少這些損失，速度降低是因為阻力大于扭矩，速度降低導致CEMF下降，因此有效電壓升高-直到通過電機的電流產生足夠的扭矩來匹配新的阻力。串聯電阻的使用是浪費的，因為大量的能量以熱量的形式損失掉了。為了減少這些損失，速度降低是因為阻力大于扭矩，速度降低導致CEMF下降，因此有效電壓升高-直到通過電機的電流產生足夠的扭矩來匹配新的阻力。串聯電阻的使用是浪費的，因為大量的能量以熱量的形式損失掉了。為了減少這些損失，電力機車和火車（在電力電子出現之前）通常也配備了串并聯控制。

使用交流電源運行的機車（使用通用電機作為牽引電機）也可以利用其變壓器上的分接開關來改變施加到牽引電機的電壓，而不會產生電阻器固有的損耗。

如果火車開始下坡，速度會增加，因為（減少的）阻力小于扭矩。隨著速度的增加，內部產生的反電動勢電壓會升高，從而降低扭矩，直到扭矩再次平衡阻力。由于在串繞電機中勵磁電流被反電動勢降低，反電動勢不會超過電源電壓的速度，因此單個串聯繞線直流牽引電機無法單獨提供動態或再生制動。

然而，有多種方案被應用來使用牽引馬達提供減速力。產生的能量可以返回到電源（再生制動），或通過板載電阻消散（動態制動）。這樣的系統可以使負載達到低速，需要相對較少的摩擦制動來使負載完全停止。

在電動火車上，火車司機最初必須手動控制切斷阻力，但到1914年，開始使用自動加速。這是通過電機電路中的加速繼電器（通常稱為“陷波繼電器”）實現的，該繼電器在切斷每一步電阻時監測電流的下降。駕駛員所要做的就是選擇低速、中速或全速（根據電機在電阻電路中的連接方式稱為“串聯”、“并聯”和“并聯”），其余的由自動設備完成。