1804年，英国人德里维斯克改进瓦特的蒸汽机，造出了一台货运蒸汽机车。他将锅炉制成管状，使得蒸汽压力大大增加，而且比较安全。后来，他又把这种蒸汽机装在铁路马车上，于是，出现了最早的蒸汽机车。

最早的载客火车也是英国人德里斯维克发明的。1808年他在伦敦建造了一条圆形的轨道，用蒸汽机车牵引，专门用来拉客人。这是第一辆真正的载客火车，但当时人们并没有人任识到它的重要意义。

1810年，英国人史蒂文生开始自己动手制造蒸汽机车，到1814年他的“布鲁克”号机车开始运行，这台机车有两个汽缸、一个2.5米长的锅炉，装有凸缘的车轮可以拉着8节矿车载重30吨，以6.4千米/时的速度前进。在以后的10年中，史蒂文生造了12辆与“布鲁克”号相似的火车头，虽然在设计上没有突破前人的成就，但他以经预见到火车时代即将到来。

18世纪初，随着生产力的发展和生产效率的不断提高，工厂迫切需要运进大量原材料，同时将产品输送到世界各地，人们渴望用蒸汽动力车取代马车，以加速交通运输的发展。蒸汽机车运载能力大，而且能长距离运输，很快就夺得了运输业的冠军，使人们对它刮目相看。

1829年4月，利物浦—曼彻斯特铁路委员会宣布即将举行一次竞赛，要求每辆机车牵引一列满载石子的车辆，在长3000米的路上来回运行20次，优胜的机车设计者将得到500英镑奖金

在10 月份的比赛中，史蒂文生的“火箭”号机车牵引着重12吨的货车，以22.5千米/时的速度行驶，到第10次行驶时，他将速度提高到33.7千米/时，最后一次以47千米/时的速度高速前进，取得了比赛的冠军，到达终点时，数万观众脱帽欢呼，祝贺他的胜利。从此，再也没有人对史蒂文生的才能和蒸汽机车发明人的身份表示怀疑了。

1817年，英国一位名叫批司的商人，想修筑一条从达灵顿到斯托克顿的铁路，他聘请史蒂文生为修筑铁路的工程师。当时正值工业革命后期，钢铁工业、机器制造业已达到一定的水平，为铁路的铺设奠定了基础。史蒂文生在这条路上采用了长4.57米的锻铁铁轨，两根轨道之间的距离为1.435米，1825年建成通车。这是世界上第一条采用机车牵引并同时办理客运和货运业务的铁路。

1825年9月27日，史蒂文生亲自驾驶自己设计制造的“动力”1号机车，拉着550名乘客，从达灵顿出发，以24千米/时的速度驶向斯托克顿，这被认为是人类历史上第一列用蒸汽机车牵引，在铁路上行驶的旅客列车。

当列车顺利到达斯托克顿时，4万多观众振臂欢呼，祝贺人类历史上这一不平凡的旅行。

1830年以后，蒸汽机车的动轮由两对或三对发展至四、五、六对，热效率、牵引力和功率都有所提高。

在1830年最后4个月中，利物浦—曼彻斯特铁路共运载旅客7万人次，1831年的运输总收入达50万英镑，到1832年，英国已拥有24条商用铁路，最兴旺的一条年运载35万人次旅客以及70万吨货物。在美国，仅1832年就建造了17条新铁路。到1936年，全美已有长达2649千米的铁路。这一年，铁路运载旅客超过10万人次。交通史翻开了新的一页。

直到19世纪初，每年都有大量铁路员工在火车运行过程中死亡或受伤，其中1/3的人是在爬到两车之间挂车钩时伤亡的。约翰逊从两手的手指可以互相钩住中得到启发，发明了一种铰接自动挂钩。这种车钩可以推接在一起不会拉开，约翰逊为此伸请了专利。但当时大多数铁路负责人对这一发明并不感性趣，因为当时员工受伤时，铁路当局无需赔偿，这项发明只好被搁置起来。

早期的火车进站后为了能够停住，司机只将机器关掉，拉响车上的锡制号笛，于是，男性旅客从车上跳下，大家齐力把车停住。乔治·威斯汀豪斯从一篇介绍风钻的文章中受到启发，很快研究出一台空气制动阀，把它安装在一列火车上进行试验，取得巨大成功。火车装上这一新型的安全设备后，便可以在很短的距离内停车或减速了。

1878年, 河北开滦煤矿开工, 为了运输煤炭, 清政府决定修建唐

胥铁路, 并于1880年动工, 1881年通车, 铁路全长10千米, 后来, 有凭借英国人的几分设计图纸, 利用矿厂的起重机锅炉﹑长井架等设备, 装配制成中国第一台蒸汽机车──“龙”号机车。新中国成立后, 于1952年制成第一台蒸汽机车, 以后逐步发展出解放型和建设型, 胜利型和人民型, FD型和前进型等6种主型蒸汽机车。

中国人自行设计﹑修建的第一条铁路是京张铁路(北京──张家口)。工程由詹天佑主持, 1905年5月开始修建, 由于地形复杂, 当时外国人断言“中国造此路之工程师尚未诞生”。为了穿越燕山山脉以及军都山的都山大沟,詹天佑在22千米线路区段内采用了30%的坡道和“人”字型铁路, 列车达到青龙桥车站时, 换个方向, 知识后推机车变为牵引机车, 成功的克服了地形困难, 开创了中国人自行设计﹑修建铁路的先河。

蒸汽机车虽然得到广泛应用, 但也存在着许多难以克服的缺点, 比如他运送的煤的1/4被他自己“吃掉”了, 他每行驶80千米~100千米就要加水, 行驶200千米~300千米就要加煤, 行驶5000千米~7000千米还要洗炉; 他在行驶中要排放黑烟, 污染环境, 尤其是在过山洞时, 浓烟难以散出去, 影响旅客和车上工作人员的健康…… 正是由于这些原因, 曾经辉煌一时的蒸汽机车开始退出历史舞台, 逐渐被新一代的电力机车和内燃机车所取代。

1879年, 德国人西门子制造出一台小型电力机车, 由150负直流发电机供电。这台“不冒烟”的机车引起人们极大的兴趣, 电力机车从此发展起来。1890年, 英国的电力机车正式用于营业; 美国于1895年开始将电力机车应用于干线运输; 以后德国、日被相继研制出了实用的电力机车。

1879年, 世界上第一条电气化铁路在柏林建成。这有西门子公司设计的铁路长约600米, 有三根铁轨, 其中一根专门用来输送电力。

1881年, 柏林电气化双轨铁路建成。其中一根铁轨为火线, 另一根为地线。1885年, 西门子──哈尔斯克公司成立, 修建了长6000米的电气化铁路, 首次采用高架电线来输送电流。

1904年, 瑞士又架设了单向交流电压1.5万伏的高压电线, 为500马力的BB型电力机车供电, 从此, 电气化铁路迅速发展起来。

20世纪出, 美国通用电气公司组装了一辆汽油机车, 用内燃机带动发电机, 在通过发电机带动电动机, 推动机车前进。

柴油机发明后, 由于它的经济性好, 很快在铁路上得到广泛应用。

1925年, 美国新泽西州的中央铁路使用了第一辆220千瓦的小型柴油机机车。后来很快出现了2574千瓦甚至5516千瓦的大型机车, 可以牵引超过5000吨的货物, 速度高达145千米/时。

电力机车可以获得较高的速度和前引力, 但无论由高架线供电还是由第三轨供电, 对于几千千米甚至几万千米的远距离铁路线来说, 费用是相当大的, 一旦供电线路中断, 铁路运输就不得不停止。第二次世界大战后, 柴油机车的性能和制造技术迅速提高, 功率增加了近一倍, 并逐渐向大功率发展, 加之石油价格低廉, 促进了内燃机车的发展。美国、英国、加拿大等国都在10年左右的时间内实现了内燃机车化。

我们再来看柴油机车的“胞弟”燃气轮机车。最早的燃气轮机车是瑞典人与1933年制造的, 此后, 法国、美国都制造不同功率的燃气轮机车, 并投入使用。燃气轮机车的优点是:对燃油质量要求不高, 制造和修理简单, 用水极少, 不怕寒冷, 外界气温越低, 它的工作效率越高。但它的不足之处是:效率比柴油机彻底, 噪音大, 对材料的耐热性很高, 在这一程度上制约了燃气轮机车的发展。如果克服了这些缺点, 燃气轮机车在交通领域中的发展前景将十分可观。

最早的动车出现在1906年, 是英国人制造的一台电传动150千瓦汽油动车, 可作91人, 并带有行李间, 用于不繁忙地段。到了二三十年代, 柴油动车发展迅速, 采用功率在300瓦以下的卧式柴油机, 运行速度可达140千米/时。

随着动车功率的增大, 人们开始在动车后面加挂一节或几节轻型无动力车辆, 形成动车组。动车组两端均装有驾驶台, 到达终点后不必掉头, 即可返回起点站, 使用非常方便。同时动车组的运营费用低, 起动加速和制动减速都比较快, 运营速度逐年提高。1981年, 法国TGV型电动车组在巴黎和里昂之间是运行的速度创造了380千米/时的记录。

1863年1月, 英国伦敦建成了世界上第一条地下铁路, 地铁的客运量大, 速度快, 安全舒适, 是解决大城市交通问题的有效途径。一列地铁列车能载800~1200人, 相当于十几辆公共汽车的载客量; 它的速度也比公共汽车快1~2倍; 且不必占用街道面积, 靠电力牵引是城市免受污染,因此, 许多国家的大城市都大力修建地下铁路。

为了提高车速, 保证安全, 减少地面建筑物的拆迁, 人们想到了建造高架铁路。1836年, 英国建造了格林威治──伦敦的高架铁路, 接着, 美国在纽约市内也假期钢结构立柱式高架铁路, 但这种结构的铁路噪声和震动都很大, 影响周围居民的安宁, 因此, 钢筋混凝土高架桥式铁路在城市中应运而生, 后来, 还在高架桥的两侧装设了隔音壁, 使噪声进一步减小。

新中国成立后, 建造了自己的机车车辆工厂。1952年开始自制蒸汽机车, 1958年开始自制内燃机车, 1960年开始自制电力几车。改革开放20年, 中国铁路开始了向高速发展的新时期。

大秦重载铁路运行着万吨重载列车, 我国还自行研制了时速超过170千米/时的“SS9”型电力机车和“DF11G”型内燃机车。主要干线在提速至160千米/时的基础上向更高速度迈进。

到1950年, 全世界已有近百个国家和地区建成铁路并开始运营。从20世纪30年代开始, 铁路受到来自公路和航空等运输方式的威胁, 英美和西欧各国纷纷把重点放在改进和更新现有的铁路系统, 提高火车的运行速度上, 目前的火车与早期的火车相比, 速度高了十几倍, 列车总重量与机车功率都提高了数百倍。

火车速度的提高除了与动力有关外, 还与其所受阻力有关, 主要包括滚动阻力、空气阻力和加速阻力, 而空气阻力与车速的平方成正比, 即每提高10倍的速度就要增加100倍的动力, 滚动阻力也随车速的增高而迅速增大, 当车速超过200千米/时后会产生剧烈的振动和噪音。因此, 为使火车速度越来越快, 各国专家纷纷在增加动力和减小阻力上各显神通。

1988年4月, 第二代高速列车在法国问世。这列火车由10节车厢组成, 共有485个座位。人们为这种机车精心设置了悬浮减震装置以及新型低噪音、低震动空调设备, 还装备了新的信号系统和新的信息网络。机车车体造型更具流线型, 大大减小了空气阻力, 运行时最高速度达到300千米/时。

气垫列车是利用功率很强的航空发动机向轨道上喷射压缩空气, 使列车的车体和轨道之间形成一层几毫米厚的空气垫, 从而将整个列车托起, 悬浮在轨道面上, 再用装在后面的螺旋桨使发动机推动机车前进。法国是最早修建气垫列车的国家, 20世纪60年代, 在巴黎和奥尔良郊外建成了两条气垫悬浮式铁路, 一条长18千米, 另一条长6.7千米, 列车的试验速度为200千米/时~422千米/时。

磁悬浮列车的最大优点是没有车轮与轨道之间的摩擦力, 德国是最早研制磁悬浮系统的国家之一。日本于1977年制成样车, 1979年在宫崎县进行了超高速磁悬浮列车试验, 时速达517千米。磁选列车具有噪音小, 震动轻微, 对环境污染小, 运行安全、舒适等特点, 是未来铁路运输发展的主要方向。

火车作为路上交通工具, 气势非凡, 生来就有长、大、重、快的优势, 在长达一个世纪的时间里居于陆上运输的霸主地位。但20世纪以来, 许多国家开始向交通运输多样化方向发展, 铁路运输面临挑战, 为适应不断变化的形势, 各国铁路开始冲破传统模式, 进行大规模的技术改造, 并积极研制各种新型列车。在技术革命不断发展的时代, 未来的火车速度还将提高, 未来的铁路运输必将越来越快。