◆蒸汽机车的问世
世界上最早行驶于轨道上的蒸汽机车诞生于1804年，是一位姓特里维西克的英国人设计制造的。他的蒸汽机车屡次发生事故，又未能得到进一步改进，只好半途而废。
世界上第一台能实用的蒸汽机车，是英国工程师斯蒂芬森设计、制造的，它于1814年制成，取名“半统靴”号。经过改进，斯蒂芬森又制造出旅行号，于1825年在世界上第一条标准轨距铁路上正式运行，从而开创了铁路运输的新纪元。
蒸汽机车是18世纪下半叶工业革命时期的一大发明，它开辟了近代运输的新纪元。当时，英国人把工业所需的煤炭从利物浦运到曼彻斯特，用铁路运输的费用仅为用马车运输的1/5，可见蒸汽机车带来了巨大的经济效益。
此后，随着技术的发展，蒸汽机车的性能不断得到改善。1938年，美国的赫德森232型蒸汽机车拉着560吨重的列车，平均速度可达到每小时193千米，最高速度则达到每小时200千米。
但是，蒸汽机车工作起来很费能源。所烧掉的煤中，只有7%用于推动车轮，93%的煤都没有被利用。同时，蒸汽机车还要“喝”大量的水，每走10千米就要消耗2000千克的水。这在缺煤、少水的地区就很不方便了。此外，机车冒出的黑烟会污染环境，蒸汽机车的操作也较复杂，劳动强度大，又是加煤，又是加水，还要注意锅炉的蒸汽压力等等。
随着科学技术的不断进步，出现了内燃机车、电力机车。与蒸汽机车相比，它们具有更好的性能，可以把运费进一步下降1/2.很多国家，早在20世纪60年代就用内燃机车或电力机车取代了蒸汽机车。
◆内燃机车和电力机车的问世
内燃机车和电力机车都诞生于19世纪末。德国人鲁道夫·狄塞尔发明了柴油机。1925年，美国新泽西州的中央铁路上运行了美国铁路史上的第一辆300马力的小型柴油机电力机车。很快，这种机车的功率越来越大，出现了3500甚至7500马力的大型机车，可以牵引超过5000吨的货物。1955年，西方国家共有电力机车约9000台，1976年，达到17760台。
内燃机车和电力机车比蒸汽机车先进多了。内燃机车可把燃料的28%用于转动车轮，这比蒸汽机车只用上7%的燃料高出了3倍，加足了油和少量水，一口气就可以跑上1000多千米。虽然内燃机车本身的造价是相同马力的蒸汽机车的2倍，可运行费用仅是蒸汽机车的40%左右，而且铁路沿线辅助设施较少，所以总的维修费，用也较低。
内燃机车虽然有不少优点，但目前内燃机的单机功率还不如电力机车的电机功率大。如果铁路要翻山越岭，有些路段坡度较大，这时内燃机车就有些“力不从心”，要改用电力机车了。电力机车有直流、交流两种。机车内装有电动机，利用电力使车轮转动起来。它的机构构造比内燃机车简单，购买、保养的价格都较低，而且功率大。它的工作效率很高，没有污染，在电力资源较丰富的国家，如日本，电力机车就占绝对优势。用煤作一次能源，进行火力发电，有30%的热能可以转变为电能，而电力输送及电机工作的效率都很高，所以电力机车的能量利用率较高，因此，应用电力机车可节约能源。但电气化的铁路沿线要设置变电所、电网，这些设备要花很多钱。所以，在运输繁忙的干线上，电力机车较为适用，而在运输不忙的支线上，使用内燃机车更为经济、合理。
◆第二代高速火车问世
1988年4月14日，在法国贝尔福举行了法国铁路公司设计并与阿尔斯道木公司合作建造的首列横渡海峡的高速火车的总装成功仪式，标志着第二代高速火车正式问世。这列高速火车由10节车厢组成，在海峡线路段的最高速度达300千米/小时，该高速火车时速之所以得到大幅度提高，是因为它在牵引、空气动力学、制动和牵引电流的集电等方面采用了一系列新技术。
高速火车的同步发动机主机能转变成交流发电机，为制动变阻器提供电流。同时它采用新型制动盘，把新型制动设备与一个微处理机自动系统结合，得以避免卡死车轴。它精心设置了悬浮减震设备，以及新型低噪音、低震动空调设备。列车上还装备了一套新的信号系统和一个信息网络，各车厢的微型计算机与驾驶室里的计算机主机相连接，司机在开车前可以非常方便地进行检查，或在运行过程中，向乘客随时通报列车运行情况。由于高速火车采用了新型的发动机及制动和悬浮设备，因此机车、设备和路轨维修费用可降低20%左右。机车车体顶部造形更符合空气动力学要求，大大减小了来自空气的正面阻力。各机车在顶部与2.5万伏高压线直接相连，制动盘免去降温设备，这一切又能使列车运营的总费用降低10%。现在，这列高速火车穿越于英吉利海峡的海底隧道，成为真正的国际高速列车。
◆世界高速列车的发展
高速列车的研究和试验早在20世纪30年代的德国就开始进行。当时在德国汉堡至柏林之间的铁路上，就运行着装有螺旋桨，最高时速可达230公里的高速列车。但由于噪声太大，成本太高而被淘汰。后来，美国和法国也先后研制出最高时速达400多公里的高速列车，但也因许多原因而未投入实际生产。直到1964年，世界上第一条高速铁路，日本东京至大阪的“新干线”开始正式载客运营，使高速列车的幻想成为现实。“新干线”全长515公里，平均时速176公里，最高时速210公里，线路全部采用立体交叉的形式，与原铁路干线相比缩短了50公里，全程运行时间为3个小时10分钟，揭开了铁路运输走向高速的新纪元。现在日本全国已有“新干线”4条。
随后，欧洲一些发达国家也先后研制了高速列车并投入使用。原西德的E403高速列车运行于慕尼黑至不莱梅之间，最高时速达250公里。英国APT高速列车，在伦敦至格拉斯哥铁路线上运行。目前，世界上编组运行速度最快的高速列车是法国的TGV高速列车。TGV于1981年9月正式投入使用，在巴黎和里昂之间运行，最高时速为260公里，而在试验时曾达到380公里，创下了高速列车时速最新纪录。
◆快速舒适的摆式列车
瑞典、意大利等国设计和制造了一种新型列车——摆式列车。它在现有线路上可以比普通列车提高速度30～40%，这是因为普通列车在通过弯道时，通常需要降低不少速度，而摆式列车在拐弯时的行驶速度可以比平常传统列车高50%。提高速度的关键在于对转向架进行了特殊设计。将轮轨安装在一对橡胶部件之间，扩大弹缩性能，列车通过曲线时，柔性转向架由于其一系悬挂的橡胶成分，它使轴箱纵向可以移动，这样在通过曲线时可以保证车轴在曲线径向方向，因此通过曲线时，轮轨作用力大大降低了，同时也大大降低了钢轨和轮缘的磨耗。
摆式列车外形美观，高速安全，而且相当舒适。人们乘坐摆式列车时，身体并不感觉列车正在高速进入弯道，这是离心力得以补偿的结果。
◆没有轨道的列车——磁力悬浮列车
从轮子发明的那一天起，所有的车辆都采用同一种运动原理，即利用车轮与地面或钢轨之间的摩擦力使车轮向前滚动。滚动的速度越快，摩擦力也就越大，当摩擦力足以毁坏车轮或钢轨时，列车的速度就达到了极限。如果想获得更高的速度，一个重要的条件就是减小和克服车轮与轨道的摩擦力。磁浮列车正是通过克服这种摩擦力达到小常规列车而无法达到的高速度。
美国一直在研究一种悬浮火车系统。数年前，美国加州科学家曾制成一辆3×14英尺，重600磅的磁力悬浮火车原型。虽然仅能升离火车轨道数英尺，且仅仅行驶了250英尺，但科学家确信，磁力悬浮火车设想是可行的，磁力悬浮火车将成为未来的交通工具。未来磁力悬浮火车车身将设计成子弹型，在车身上安装有强大的电磁铁。电磁铁经由火车地板下贮藏的液态氦而冷却，当电流通过电磁铁时，火车就会升离轨道约10英寸，并且被火车前面铁轨的异性电磁极吸引向前推进。
世界上第一条商业磁浮铁路已在英国投入运营，建造成本约为420万美元。它有两条平行的轨道，每条轨道上各有一辆由两个车厢组成的列车，每个车厢能载40名乘客。列车在伯明翰飞机场和火车站之间约0.8千米的距离上往返。列车上无驾驶员，由计算机自动控制。虽然这条商业磁浮铁路的最高速度仅为每小时37.5千米，但它证明磁浮列车是现实可行的。