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蒸氣火車

由於獸力運輸成本高昂且效率不佳等問題，自18世紀瓦特改良蒸汽機後，開始有人著手研究藉由機械力取代了馬匹運輸的可能。19世紀初在英國終於出現了全世界第一部的蒸氣機車，發明者為礦業工程師理查．特里維西克（Richard Treviithick）， 1804年他製造了一輛可載送10噸鋼鐵及70名旅客的潘尼達倫號。到了1829年，喬治．史蒂文生（George Stephenson）所打造的「火箭號」蒸汽機車，靠著優越的性能贏得英國曼徹斯特鐵道委員會辦理的火車競賽第一名，也成為最早在商業上成功使用的蒸氣機車。

依靠外燃動力運作的蒸汽機車，主要是利用煤炭作為產生動能的燃料，將煤炭在鍋爐中燃燒產生高溫及氣壓後導入汽缸內以推動活塞，並將動能透過連桿機構傳遞至車輪運轉的火車。而其負責運作的基本結構包含了鍋爐、汽機和走行3個部分，另外，還有將這3部分組成整體的車架，以及用來供應機車頭用煤用水的煤水車等。

柴油機車

柴油機車又稱內燃機車，是指以柴油引擎為動力來源，並通過傳動裝置驅動車輪的鐵路機車。20世紀中期以後，由於柴油機車的運輸效率遠高於蒸汽機車，逐漸成為各地鐵路運輸使用車輛中的主要車種。柴油機車依照動力傳動方式的不同，又可分為電力傳動、液力傳動和機械傳動3大類：

電力傳動柴油機車（Diesel-Electric），亦稱柴油電力式機車、或柴電機車，是藉由柴油引擎帶動發電機轉化成電力，再由電力牽引電動機帶動車輪轉動。

液力傳動柴油機車（Diesel-Hydraulic），亦稱柴油液力式機車、或柴液機車，使用液力變矩器（torque-converter），用液力把引擎的動力傳到車輪上。

機械傳動柴油機車（Diesel-mechanical），如同汽車的手動變速器一樣，利用變速箱和離合器控制機車前進。但由於機械傳動效率低於液力傳動和電力傳動，所以機械傳動多用於輕型軌道車。

電氣化列車

電氣化列車是以電力為動力來源的火車，其鐵路供電類型分為直流與交流兩種，而供電導線大多使用架空電車線進行供電，也有部份是利用第三軌供電。隨著既有電力機車的更新換代和高速鐵路的蓬勃發展，幹線電力機車的研製已從直流傳動轉向交流傳動。20世紀後期，歐洲、日本等主要機車製造廠商幾乎已停止了直流傳動電力機車的生產，交流傳動電力機車已成為世界電力機車發展的主流。在1973年爆發石油危機之後，各國對鐵路電力和內燃牽引重新進行了經濟評估，由電力牽引的電力機車更加受到青睞。到20世紀80年代初期，全世界已有50多個國家和地區修建了電氣化鐵道，其中，蘇聯的電氣化鐵道總長度達到4萬多公里，日本、法國、西德都擁有1萬公里以上的電氣化鐵道。