I primi treni - George Stephenson - 1781 - 1748 -
Locomotiva "Rocket" di G. Stephenson (1829)
Le macchine a vapore per locomotiva dovevano essere provviste di caldaie in grado di fornire tutto il vapore necessario. Fu il francese Marc Seguin a risolvere il problema con la sua caldaia nella quale l'acqua era suddivisa in tanti tubi tutti a contatto col fuoco aumentando in tal modo la produzione di vapore.
Occorrevano nuovi sistemi di distribuzione per risparmiare carbone, sfruttando meglio l'elasticità del vapore e che rendessero possibile l'indispensabile inversione di marcia. Questi meccanismi furono realizzati attorno al 1840 da George Stephenson e da Daniel e John Gooch. Molti disegni di questi meccanismi sono ancora oggi esempi insuperati di meticolosa bellezza. Verso il 1850 i treni inglesi raggiunsero la velocità di 96 km/h. Siccome le caldaie erano in pressione si dovettero studiare pompe e iniettori per alimentarle con nuova acqua, possibilmente preriscaldata. L'introduzione del carbone "coke" e i continui perfezionamenti delle caldaie permisero di diminuire drasticamente la quantità di fumo. Il consumo medio delle migliori locomotive era di 6,5 kg di carbone per chilometro. Dalla trazione a un solo asse si passò a locomotive con 4 o 6 ruote accoppiate. I cilindri erano quasi sempre due e potevano essere disposti fuori o dentro il telaio.
Con l'aumentare del traffico fu necessario approntare sistemi di segnalazione: bandiere di giorno e fari di notte. Il semaforo ottico, inventato dal francese Chappe alla fine del 1700, fu introdotto in Inghilterra attorno al 1840. Il telegrafo elettrico risolse molti problemi: le strade ferrate furono divise in "blocchi" dove le locomotive potevano entrare solo se autorizzate per telegrafo. Nel 1861 ci fu uno scontro in galleria dovuto a segnalazioni sbagliate e malfunzionamento dei primi controlli automatici che, nonostante molti oppositori, migliorarono in continuazione e divennero obbligatori verso la fine del secolo.
Locomotiva inglese "Smallow" del 1849