Каждому тепловозу присваивается серия. Под серией понимают тепловозы одного и того же типа и одинаковой конструкции. Тепловозы одной серии могут отличаться друг от друга непринципиальными конструктивными изменениями отдельных узлов. В СССР в послевоенные годы условились серию тепловозов обозначать двумя или тремя заглавными буквами русского алфавита и цифрами, например: ТЭЗ, 2ТЭ116, ТЭП70, ТГ102, ТЭМ2, ТГМЗ.

Буквы серии тепловоза обозначают: Т — тепловоз, Э — электрическая передача, П — пассажирский, Г — гидравлическая или гидромеханическая передача, М — маневровый.

Цифра перед буквами (обычно 2) означает, что тепловоз состоит из двух секций, цифра 3 —из трех секций, например ЗТЭЗ.

Цифра после букв присуща только данной серии. При этом магистральные тепловозы, спроектированные Харьковским заводом транспортного машиностроения им. Малышева, обозначаются цифрами с 1 до 49 (например, ТЭЗ, ТЭ10, ТЭ40); Коломенским тепловозостроительным заводом им. Куйбышева — с 50 до 99 (ТЭП60, ТЭП70, ТЭП75); Ворошиловградским тепловозостроительным заводом им. Октябрьской революции — со 100 до 150 (2ТЭ116, 2ТЭ121) и т. д. На маневровые тепловозы это правило не распространяется, и цифра показывает только номер варианта тепловоза.

Таким образом, обозначения, например серий ТЭП60, ТЭП70, ТЭП75, расшифровываются так: пассажирские тепловозы с электрической передачей конструкции Коломенского завода. Некоторым отступлением от общепринятых обозначений являются серии 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, где буквы В и Л означают Ворошиловградский (б. Луганский) тепловозостроительный завод, построивший эти локомотивы, по разработке близкие к тепловозам типа ТЭ10 Харьковского завода им. Малышева.