机务段是存放、维护、检修铁路机车的单位。出车时，将机车从机务段里调至站场，与将要牵引的列车连接；完成运输任务后，机车从车厢摘下，回段存放检修。机务段的工作通常包括清洗、加油、加水、检修、除尘等，但具体工作也随各地铁路运输规章的规定而有所变化。
机务段是中国铁路负责机车运用、维护的一线运输单位。2005年3月18日之前，机务段隶属于各铁路分局，一般为副处级单位；此后，机务段直属于铁路局/集团，为处级单位。
在册职工平均10人对应编制运用1台机车。
中国大陆铁路系统的机车乘务制度采取如下制度：
哈尔滨铁路局5个：哈尔滨机务段、齐齐哈尔机务段、牡丹江机务段、佳木斯机务段、三棵树机务段；
沈阳铁路局8个：沈阳机务段、苏家屯机务段、锦州机务段、吉林机务段、通辽机务段、白城机务段、梅河口机务段、大连机务段；
呼和浩特铁路局2个：包头西机务段、集宁机务段；
北京铁路局7个：怀柔北机务段、北京机务段、丰台机务段、天津机务段、唐山机务段、石家庄电力机务段、邯郸机务段；
太原铁路局3个：太原机务段、湖东电力机务段、侯马北电力机务段；
济南铁路局3个：济南机务段、济南西机务段、青岛机务段；
郑州铁路局3个：郑州机务段、新乡机务段、洛阳机务段。
上海铁路局5个：上海机务段、南京东机务段、杭州机辆段、合肥机务段、徐州机务段；
武汉铁路局3个：武昌南机务段、江岸机务段、襄阳机务段；
西安铁路局3个：西安机务段、新丰镇机务段、安康机务段；
乌鲁木齐铁路局3个：乌鲁木齐机务段、库尔勒机务段、哈密机务段；
南昌铁路局4个：南昌机务段、福州机务段、向塘机务段、鹰潭机务段；
成都铁路局4个：重庆机务段、贵阳机务段、西昌机务段、成都机务段；
兰州铁路局3个：兰州西机务段、嘉峪关机务段、迎水桥机务段；
南宁铁路局2个：南宁机务段、柳州机务段；
昆明铁路局2个：昆明机务段、开远机务段；
广州铁路集团公司6个：广州机务段、长沙机务段、株洲机务段、怀化机务段、龙川机务段、海口机务段；
青藏铁路公司2个：西宁机务段、格尔木机务段。
在港铁系统中，只有东铁线设有严格意义上的机务段，即位于罗湖编组站的机车行车室，负责前九铁系统内所有用于工程及大规模车务调动的本务机车（包括CKD0A型内燃机车、ER20型柴油机车等）的运用、维修。此机务段前身设于红磡站，因应沙田至中环线工程而于2012年迁置。而在2010年终止货运及1983年电气化前，“机车行车室”亦分别担当货运及客、货运机车整备。
至于用作担当广九直通车本务机的Re465型电力机车，则配属港铁何东楼车厂，并在该厂进行全部维修。
除此之外，港铁各车厂亦设有小型机务段（一般与轨道工场并置），以停泊调车机车、道碴捣固车（英语：Tamping machine）及路轨碾磨车（英语：Railgrinder）。
在组织架构方面，机务段绝大多数是附属于车厂，并归于港铁车务处管辖，当中其最高级负责人员一职统称为“调车场主管”（包括车厂列车主任）。
在台湾铁路管理局（普速铁路系统）架构当中，各机务段/机厂由管理局辖下的机务处统管，并分为“机厂”、“机务段”及“检车段”三级。机厂负责机车、客车及动车组大架修，而机务段仅提供空间停泊机车、客车及城际动车组，以及进行定修。而在台湾高铁系统，则只设“机厂”（车厂）一级。
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