По мере увеличения скорости движения тепловоза включалась вторая ступень передачи, а затем и третья. В соответствии с этим уменьшался вращающий момент на колесах, но возрастала скорость движения. Коленчатый же вал дизеля независимо от включенной ступени передачи имел примерно постоянную частоту вращения, а вращающий момент двигателя практически не изменялся. Однако коробки передач на тепловозах большой мощности не применяются, так как изменение вращающего момента при переходе с одной ступени скорости на другую приводит к сильным рывкам в поезде; бывали даже случаи разрыва состава вагонов на две части (поезд вел тепловоз ЭМХ3). Кроме того, сам процесс переключения передач больших мощностей очень сложен и нуждается в специальной автоматике.

Механические передачи строятся с небольшим количеством передаточных отношений (передаточных чисел)— обычно не более 5. При большем передаточном числе коробка передач получается громоздкой и тяжелой. Идеальной была бы передача с бесконечным числом передаточных отношений. При таком условии сила тяги менялась бы непрерывно в зависимости от скорости движения, т. е. в любой момент мощность двигателя использовалась бы полностью. Как добиться этого?

На заре развития тепловозостроения конструкторам, занимающимся исследованиями в области передач между двигателем внутреннего сгорания и колесами, было известно, что еще в 1838 г. русский академик Б. С. Якоби впервые применил созданный им электродвигатель для перемещения лодки по реке Неве. Идея использования электричества, позволяющего осуществить более совершенную передачу мощности от дизеля к колесам, овладела умами многих инженеров. Один из самых первых проектов тепловоза с электрической передачей был разработан в начале 900х годов русскими изобретателями Н. Г, Кузнецовым и А. И. Одинцовым.