Магистральные локомотивы обслуживают локомотивные бригады в составе машиниста и помощника машиниста. Моторвагонные поезда, маневровые локомотивы и локомотивы пассажирских поездов могут обслуживаться одним машинистом при наличии устройств, обеспечивающих остановку при потере машинистом способности вести поезд.
В настоящее время основным способом обслуживания поездных локомотивов является сменная езда, при которой бригады не закрепляются за определенными локомотивами. Это позволяет значительно сократить непроизводительные простои локомотивов. При маневровой работе и в пригородном движении за локомотивом (моторвагонным поездом) могут закрепляться три-четыре бригады.
Продолжительность непрерывной работы локомотивных бригад составляет 7-8 часов (в исключительных случаях разрешается увеличение нормы до 12 часов). Если продолжительность непрерывной работы бригады в оба конца следования превышает установленную норму, бригаде предоставляется отдых в пункте оборота продолжительностью не менее половины отработанного времени. Между поездками локомотивной бригаде предоставляется домашний отдых, продолжительность которого рассчитывается по формуле (tа+tв–tо) * 2,6, где tа – продолжительность работы в один конец, tв – продолжительность работы обратно, tо – время отдыха в пункте оборота, 2,6 – расчетный коэффициент. В исключительных случаях продолжительность домашнего отдыха может сокращаться, но должна быть не менее 16 часов.
Обслуживание поездов локомотивами осуществляется по определенной системе в зависимости от размещения основного депо на линии, характера грузопотока и пр. Когда основное депо расположено на граничной станции (А) участка обращения (Б-В), локомотивы, приписанные к основному депо, следуют до участковых станций (Б и В), где проходят ТО-2 и экипировку в оборотных депо. В основное депо локомотив возвращается с обратным поездом. Такой вид обслуживания называется плечевым. Его основным недостатком являются частые отцепки локомотивов от составов и неполная реализация интервалов между техническими обслуживаниями локомотивов.
При кольцевом способе обслуживания локомотив не отцепляется от состава при проследовании станции с основным депо: производится только смена локомотивной бригады. Все ТО-2 проводятся в пунктах оборота. В основное депо локомотив заходит только для прохождения ТО-3, ТО-4 и ТР. Разновидностью кольцевого способа является петлевой, при котором локомотив один раз за полный оборот заходит в основное депо для техобслуживания и экипировки.
Благодаря электровозной тяге в сочетании со сменной работой локомотивных бригад стало возможным применение эффективного способа обслуживания на удлиненных участках обращения локомотивов. В этом случае локомотив следует без отцепки от поезда по большому кольцу обращения, включающему несколько плеч работы локомотивных бригад. Основное депо располагается в одном из граничных пунктов участка обращения локомотива, либо в одном из пунктов смены локомотивных бригад. В последнем случае производится отцепка локомотива от поезда, его заезд в основное депо, а под поезд выдается локомотив, прошедший обслуживание или ремонт в основном депо и начинается цикл следования этого локомотива по большому кольцу обращения.
Недостатком кольцевого и петлевого способов обслуживания поездов локомотивами является то, что локомотивы обращаются только на двух тяговых плечах и резервы их использования полностью не реализуются. В районах с разветвленной железнодорожной сетью с целью улучшения использования ресурсов локомотивов несколько смежных участков их обращения объединяют в зону обращения, на которой по единому плану работают локомотивы, приписанные к разным основным депо.
В настоящее время преобладает эксплуатация локомотивов на удлиненных участках их обращения, совмещенных в зоны обращения, при сменной работе локомотивных бригад. Продолжительность этих участков устанавливают исходя из нормативной продолжительности работы локомотивов между ТО и ТР, месторасположения станций формирования поездов, основных депо и других факторов. Работа локомотивов осуществляется по графику оборота, который составляют на основе графика движения поездов с учетом условий труда и отдыха локомотивных бригад, установленного порядка прохождения ТО, ТР и экипировки локомотивов.