16世紀下半葉，在英國和德國的礦山和采石場鋪有用木材做成的路軌。在軌道上行走的車是靠人力或畜力推動的。1767年，英國的金屬大跌價，有家鐵工廠的老板看到堆積如山的生鐵，既賣不出去賺不了錢，又占用了很多地方，就令人澆鑄成長長的鐵條，鋪在工廠的道路上，準備在鐵價上漲的時候再賣出去。可是，人們發現車輛走在鋪著鐵條的路上，既省力，又平穩。這樣，鐵軌先於火車誕生了。
在鐵條上行車畢竟不是很方便，於是，鐵條得到了改進，做成凹槽形的鐵軌。這種軌道可以防止車輪滑出，但容易在凹槽中積滿石子、煤屑，鐵軌很容易損壞。於是，人們把鐵軌做成了上下一樣寬，中間略窄的形狀，這樣垃圾不易積起，鐵軌也不容易損壞。可是這種軌道的穩定性不是很好，鐵軌受到衝擊容易翻倒而導致車輛出軌翻車。人們又把鐵軌的下麵加寬，造成像漢字的“工”字形，這種形狀的軌道既穩定又可靠，一直沿用到今天。
那個時代鐵路已誕生，可是行走在鐵路上的車大部分是用馬拉的。1783年，瓦特的學生默多克造出了1台用蒸汽機作動力的車子，但效果不好，沒人用。1807年，英國人特裏維希克和維維安製造成功用蒸汽機推動的車子，這車子太笨重了，難以在普通的道路上行走，而他們也沒想到把這輛車放到鐵軌上去，所以不久也就棄之不用了。直到1814年，放牛娃出身的英國工程師斯蒂芬森造出了在鐵軌上行走的蒸汽機車，正式發明了火車。
斯蒂芬森出生於1781年，父親是煤礦上的蒸汽機司爐工。母親沒有工作。一家8口全靠父親的工資收入生活，日子過得很艱難。14歲那年，斯蒂芬森也來到煤礦，當上了一名見習司爐工。他很喜歡這個工作，別人下班了，他卻認真地擦洗機器，清潔零部件。多次的拆拆裝裝，使他掌握了機器的結構。他渴望掌握更多的知識，辛勤工作一天後，就去夜校上課。他從沒上過學，開始學習時困難重重，他聰明好學，勤奮鑽研，很快掌握了機械、製圖等方麵的知識。一次，他用書本上學到的知識，結合工作的實際，設計了一台機器。煤礦上的總工程師看到他設計的機器草圖，大加讚賞，這給了斯蒂芬森很大的鼓勵。他學習工作更加努力。勤奮了，不久便成了名熟練的機械修理工。
1907年，特裏維希克和維維安造出了在普通道路上行走的蒸汽機車，但由於車子過於笨重，在普通道路上難以行駛，他們放棄了這個發明。斯蒂芬森總結他們失敗的教訓，開始研製蒸汽機車，他改進了產生蒸汽的鍋爐，把立式鍋爐改成臥式鍋爐；並作出了一個極有遠見的重大決斷，決定把蒸汽機車放在軌道上行駛；在車輪的邊上加了輪緣，以防止火車出軌；又在承重的兩條路軌間加裝了一條有齒的軌道。因為當時考慮蒸汽機車在軌道上行駛，雖可避免在一般道路上因自身太重而難以行走的缺點，可在軌道上也會產生車輪打滑的問題，所以，在機車上裝上棘輪，讓它在有齒的第三軌上滾動而帶動機車向前行駛。