研究内容主要包括运行平稳性、运行稳定性、曲线通过性能以及轮轨系统所特有的轮轨几何关系和轮轨蠕滑关系等，通常分为垂向动力学、横向动力学和纵向动力学对机车车辆运行性能进行研究。

机车车辆是多自由度的振动系统，研究机车车辆振动时通常把各部件都视作刚体，各刚体间由弹性元件和阻尼元件互相连接。把车辆前进方向定为纵向，在轨道平面内垂直于纵向的方向称为横向，垂直于轨道平面的方向称为垂向，则各刚体沿三个方向的平移运动分别称为伸缩、横摆（侧摆）和浮沉，绕这三个方向的回转运动分别称为侧滚、点头和摇头。一般情况下这些振动是同时存在的。

由于机车车辆本身结构除此之外很好和参数的对称性，垂向和横向运动之间通常仅存在弱耦合，可以根据不同的研究目的采用各自的模型。与一般的振动系统一样，机车车辆振动也有固有振动和受迫振动之分，受迫振动也有确定性振动和随机振动之分。例如周期性的轨道不平顺、车轮扁疤和柴油机或驱动机构引起的某些强迫振动是确定性的，而机车车辆运行中因线路激扰引起的振动通常具有随机性。