蒸汽機車的研制1803英國特裏維西克制造出第壹輛在軌道上運行的蒸汽機車；1814年，英國的斯蒂芬森制造了壹臺5噸重的“靴型”蒸汽機車，壹般認為這是第壹臺成功的機車。但真正用在鐵路上並為現代蒸汽機車奠定基礎的，是斯蒂芬森父子的設計者建造的“火箭”蒸汽機車，並在1829的競賽中獲獎。其運行速度達到58 km/h，創造了當時地面車輛的最高速度。
1831年，美國土木工程師傑維斯首次嘗試在機車前部安裝導向轉向架，使機車在曲線上安全運行。1836年，美國的坎貝爾設計了壹種兩軸轉向轉向架、兩軸聯動的機車，但這種設計並不成功。直到同時代的機械工程師哈裏森改進了車軸平衡機構，才成為完美的機車。很快這種機車成為美國的標準機車，並被命名為“美國人”，在65438到2009年的90年代被廣泛使用。該型999型機車在1893創造了181 km/h的最高速度。
為了提高飽和蒸汽的利用率，增加機車的牽引力，更好地通過彎道，1888年在瑞士制造了第壹臺關節伸縮機車，由馬勒工程師設計，稱為馬勒機車。1904年，美國引進並在山區使用馬勒機車，後改為單膨脹機車，制成最大的蒸汽機車2-4-4-2。
20世紀，過熱蒸汽蒸汽機車迅速普及。此時，機車已經發展成為蒸發量大、體積大的大型鍋爐。中國於1881年制造出第壹輛蒸汽機車“中國火箭”，運行在唐山至徐各莊鐵路上。
蒸汽機車雖已發展100多年，但其運行熱效率僅為6%左右，且因維護量大、汙染嚴重、日運行裏程短，逐漸被熱效率高、利用率高的電力機車和內燃機車所取代。美國1960停止使用蒸汽機車，英國1968，法國1972，日本1975，德國和前蘇聯1977，中國1992。
電力機車的研制1835荷蘭Stratin和Becker試制了以蓄電池為動力的兩軸小型鐵路電力機車；1842年，蘇格蘭的戴維森制造了壹臺標準軌距的電力機車，由40節電池供電。1879年，德國西門子公司設計制造了小型電力機車。電源由機車外部的150V DC發電機提供，通過兩條軌道和中間的第三條軌道輸入機車。電力機車首次成功運行。
1890在英國倫敦，電力機車首次用於在5.6公裏長的地下鐵路上牽引車輛。1895美國巴爾的摩鐵路隧道段使用的幹線電力機車功率為1070 kW。20世紀初，歐洲幾個國家修建了幾條三相交流電供電的電氣化鐵路。
在20世紀初，電力牽引的優勢已經得到公認。到20世紀末，幾乎每個歐洲國家都有了電氣化鐵路。由於三相交流供電系統和機車變流器的復雜性，電力機車逐漸傾向於采用工頻單向交流。20世紀50年代以後，隨著大功率汞弧整流器和點火管整流器的出現，特別是矽二極管整流器的出現，推動了工頻交流電力機車的發展。
70年代以來，幹線電力機車向大功率、高速、耐用方向發展。客運電力機車時速從160公裏提高到200公裏。1958年，我國制造出第壹臺采用點火管整流的韶山電力機車，1968年成功改用矽整流器制造韶山-1型電力機車。
內燃機車的發展在內燃機車出現之前，美國在1906年就生產出了電動汽油動車。1913年，瑞典生產出電傳動內燃機車，結構類似內燃機車。1924年，蘇聯使用735千瓦的潛艇柴油機制造電力內燃機車。1923美國造出220kW電力內燃機車。
30年代初，內燃機車進入試驗和實用階段，功率多在1000千瓦以內，以調車機車為主。到了30年代後期，出現了單機車多節的幹線客運內燃機車。
內燃機車的運行表明，其經濟效益遠高於同等功率的蒸汽機車。1945之後，內燃機車進入大發展階段。柴油發動機配有廢氣渦輪增壓系統，動力普遍提高。30年代在東北試行內燃機車，聚龍內燃機車制造於1958。
燃氣輪機機車中燃氣輪機機車最早的發展是從復式燃氣輪機的使用開始的。1933年，瑞典制造了480 kW自由活塞燃氣輪機機車；1951年，法國先後制造了735kW和1770kW自由活塞燃氣輪機機車。1954前蘇聯制造了2210 kW自由活塞燃氣輪機；1941年，瑞士人首先制造了敞開式燃氣輪機機車。20世紀40年代末和50年代，英國和美國制造了不同功率的敞開式燃氣輪機機車。
最早發明的機車是蒸汽機車，用蒸汽機代替畜力來牽引軌道上的車輛。未來出現的各種機車也是在新的動力機出現後發展起來的。繼蒸汽機車之後，又依次出現了幾種機車:電力機車、內燃機車和燃氣輪機機車。
英國人特裏維西克在1804年制造了第壹臺蒸汽機車。1829年制造的“火箭”機車奠定了現代蒸汽機車的基本形式，後來又在結構和效率上不斷改進。為了滿足交通運輸的需要，制造了各種用途的蒸汽機車，並不斷向大功率、大牽引力、高速度發展，在20世紀三四十年代達到高峰。
1879年，第三軌提供DC電力的小型電力機車首次制成。從65438年到20世紀90年代，壹些國家在地下鐵路、大城市的市郊鐵路和幹線的長隧道中使用電力機車。到20世紀20年代末，許多國家都有了電氣化鐵路，其中大部分使用架空接觸網向DC供電。50年代大功率點火管整流器和60年代大功率半導體整流器問世後，工頻交流電力機車迅速發展。這種機車大大增加了功率，提高了性能。基建投資雖大，但經濟效益高，可用於運輸繁忙的電氣化鐵路幹線。
內燃機車於1923年試制，1925年正式運用。剛開始因為柴油機功率小，多用於調車作業；後來，隨著大約65，438+0，000千瓦的機車用柴油機的出現，制造出了由兩段或多段連接起來的幹線機車。應用結果表明，它優於蒸汽機車。50年代迅速普及，威力逐漸增大。
1941年在燃氣輪機機車上制造，1943年首次在鐵路上使用，小批量試驗使用或正式使用後在少數國家停止使用。雖然應用不廣泛，但前景廣闊。
蒸汽機車結構簡單，成本低廉，堅固耐用，原本在鐵路上占主導地位。但由於經濟效益低、排煙汙染環境，逐漸被內燃機車和電力機車取代。美國1960，英國1968，法國1972，日本1975，聯邦德國和蘇聯1977。雖然很多國家還在用，但是承擔的流量比例卻在日益縮小。機車可以根據動力裝置、用途和采用的走行部形式進行分類。
按照功率器件的分類，可以分為兩類。
(1)熱力機車:
安裝的原動機屬於熱力發動機，如蒸汽機車、柴油機車和燃氣輪機車。這種機車運載燃料和水，是自帶能源的機車。它可以獨立運行，只要有合適的軌道和設備添加燃料和水。但是機車的重量和外形尺寸分別受到軸重和鐵路限界的約束，不能做得太重，所以安裝在機車上的動力裝置的重量和尺寸也受到約束。
柴油機和燃氣輪機都是內燃機，裝有這兩種原動機的機車稱為內燃機車。中國主要有東風內燃機車(DF)。內燃機車安裝用傳動裝置的傳動方式可分為機械傳動內燃機車、電傳動內燃機車和液力傳動內燃機車；燃氣輪機機車也是。
②電力機車:
從外部電站沿鐵路輸送到變電站，然後通過架空接觸網或鋪設在鐵路壹側的第三軌提供電能的機車。電源容量不受額定功率的限制。因此具有功率大、短時過載能力強、運行速度快、加速快、牽引力大、無廢氣汙染環境等優點。適用於交通繁忙或坡度較大、隧道較長的鐵路線，尤其適用於大城市郊區交通和地下鐵路交通。但這種機車只能在有接觸網或鋪設第三軌並供電的線路上運行，不如熱力機車靈活。電氣化鐵路也幹擾附近的電信。因為需要架設接觸網或鋪設第三軌，每隔壹定距離設置變電站，基建投資大。中國主要有韶山電力機車(SS)。
按用途可分為五類。
①客運機車:
牽引旅客列車的機車需要有較高的運行速度和起動加速度，能跑較長的距離，但牽引力不壹定大。
②貨運機車:
牽引貨運列車的機車必須有相當大的牽引力，並能行駛很長的距離，但行駛速度不必很高。
(3)客貨通用機車(或普通機車):
牽引重型(多車)旅客列車或輕型快速貨物列車(裝載鮮活貨物、冷藏貨物等。)，其性能介於客運機車和貨運機車之間。
④調車機車:
在車站或編組站(場)內用於列車解體、編組，如拉出、換線、取送車等作業的機車。這種機車啟停頻繁，正反向運行頻繁。要有足夠的附著重量、牽引力、起動加速度、必要的功率和良好的換向性能，運行速度可以低壹些。調車機車有兩種:站內調車機車和編組站調車機車。前者適用於車站接拉旅客列車或部分貨物列車，也適用於工礦企業廠內運輸，需要的動力較小；後者適用於編組站(場)解體、編組、拖運列車，也可用作短途運輸。
(5)工礦機車:
作為礦山、冶金、石油、化工、林業等企業內部運輸和工廠內部運輸的機車。壹般來說，功率比鐵路幹線使用的機車小，速度要求不高，但有足夠的牽引力。在壹些特殊的工廠，用於運輸的機車也必須有防火防爆等設施。為此，有幾種專門設計的機車，如:壓縮空氣機車，用壓縮空氣儲氣罐代替蒸汽機車鍋爐，將壓縮空氣降壓至氣缸做功；無火蒸汽機車又稱儲汽機車，實際上是壹種沒有火箱的常規蒸汽機車，將壹定壓力和相應溫度的飽和蒸汽和飽和水儲存在保溫鍋爐中，並降壓至汽缸內做功；電池機車，壹種用自己的電池給牽引電機供電來驅動車輪的電力機車。
按照辦部門的形式，可以分為兩類。
(1)框架機車:
機車的移動軸固定在剛性框架上。蒸汽機車的動力通過搖桿和連桿驅動各移動車輪；許多小型內燃機車的動力是由安裝在輸出齒輪軸兩端的曲柄銷通過變速箱驅動的，動輪由連桿驅動。這種走行部結構簡單，成本低。但固定軸距(前軸與按軸線安裝在剛性車架上的後輪軸之間的水平距離)較長，難以通過曲線，不適合高速行駛。所以蒸汽機車的動輪前部裝有導向輪轉向架，後部裝有從動輪轉向架，但這種機車仍然屬於框架式機車。
②轉向架機車:
機車框架的兩端由可水平旋轉的轉向架支撐。兩個轉向架與車架連接，將移動車輪產生的車輪周圍的牽引力傳遞給車架和車鉤。電力機車、內燃機車和燃氣輪機車都采用這種形式。每個轉向架可裝2 ~ 4根車軸，壹般為2 ~ 3根。轉向架的車軸通常是動軸，電傳動機車的動軸幾乎都是單獨驅動，只有單牽引電力機車轉向架和液力傳動機車轉向架的動軸是聯動的(聯合成組驅動)。機車各轉向架可沿曲線水平旋轉，固定軸距短，易於通過曲線。另外，彈簧懸掛系統完善，所以運行平穩，有利於高速行駛。
按照車身形式的分類，可以分為兩類。
罩式車體:壹般用於調車機車、礦工機車等。，部分幹線貨運機車采用這種車體。中國生產的東風2、東風5、東風7和美國進口的ND5機車都屬於罩式車體。它在畫面中間有壹個“小房子”。除了司機室，還包括機器，必要時打開。
棚式車體:壹般用於幹線機車，機器和過道同時覆蓋，使司機能看到機器，聽到他的噪聲。