壹、蒸汽機車時期
蒸汽機車是壹種火車機車。它的優點是結構簡單，成本低，缺點是熱效率太低，體型笨重。
英國人喬治·斯蒂芬森研制了第壹部蒸汽機車。1814年，他研制的第壹輛蒸汽機車“布拉策號”試運行成功；
1825年9月27日，斯蒂芬森親自駕駛他同別人合作設計制造的“旅行者號”蒸汽機車在新鋪設的鐵路上試車，並獲得成功。蒸汽機在交通運輸業中的應用，使人類邁入了“火車時代”。
中國制造的第壹輛簡易蒸汽機車“中國火箭號”。 1881 年唐胥鐵路通車時，唐山開平礦務局工程處中國工人憑借時任工程師的英國人金達（Claude Willia m Kin der, 1852—1936）的幾份設計圖紙，采用礦場起重鍋爐和豎井架的槽鐵等舊材料試制而成。
二、內燃機車時期
內燃機車是以內燃機作為原動力，通過傳動裝置驅動車輪的機車。在我國鐵路上采用的內燃機絕大多數是柴油機。
內燃機車優點是啟動迅速馬力大，熱效率較高。缺點是構造復雜，制造、維修費用大，同時造成的汙染大。
20世紀初，國外開始探索試制內燃機車。
1924年，蘇聯制成壹臺電力傳動內燃機車，並交付鐵路使用。同年，德國用柴油機和空壓縮機配接，利用柴油機排氣余熱加熱壓縮空氣代替蒸汽，將蒸汽機車改裝成為空氣傳動內燃機車。
1925年，美國將壹臺220 kW電傳動內燃機車投入運用，從事調車作業。
1958年9月9日，中國第壹臺內燃機車是"巨龍"號於北京長辛店機車車輛廠研制成功,自重60噸,機車牽引力為600馬力，最高時速是85公裏，機車的3萬多配件全部是中國制造。
三、電力機車時期
電力機車是壹種非自帶能源的機車。
電力機車的優點是熱效率比蒸汽機車高壹倍，功率大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業時間短、維修量少、運營費用低、便於實現多機牽引、能采用再生制動以及節約能量，而且不會造成空氣汙染，噪音小。
1890年英國倫敦首先用電力機車在5.6公裏長的壹段地下鐵道上牽引車輛，這是世界上第壹輛電力機車，英國作為第壹次工業革命的主要發生地，在蒸汽機車和電力機車的研發過程中都有著至關重要的地位。
四、高速列車時期
高速列車又稱高速火車，是指能以高速度持續運行的列車。
高速列車的優點是快捷舒適、平穩安全、節能環保。
世界最為領先的高速列車技術掌握在日本、德國以及法國中。
20世紀50年代初，日本首先提出了高速鐵路的設想，並最早開始試驗工作。
1964年10月1日、東京奧運會前夕，連結東京與新大阪之間的東海道新幹線正式運營，列車最高速度210km/h，從此開啟了告訴鐵路的時代。
中國高速列車的研究從上世紀90年代開始，初期以國外引進為主、自主研發為輔。中國最初引進的高速列車為日本和德國，以“吸收，消化，再生產”的理念。
通過日本、德國的技術支持，進行學習再創造。在高速列車的形態上就可看出，中國初期的和諧號形似日系和德系的高速列車，尤其是CRH3型就具有許多德國高速列車的特征。
火車的歷史：人類歷史上最重要的機具，早期稱為蒸汽機車，有獨立的軌道行駛。鐵路列車按載荷物，可分為運貨的貨車和載客的客車，亦有兩者壹起的客貨混運車，但會產生大量二氧化碳，汙染環境。
火車是人類利用化石能源運輸的典例。1804年，由英國的礦山技師德裏維斯克利用瓦特的蒸汽機造出了世界上第壹臺蒸汽機車，時速為5至6公裏。因為當時使用煤炭或木柴做燃料，所以人們都叫它“火車”，於是壹直沿用。1840年2月22日，由康瓦耳的工程師查理礠裏維西克所設計了世界上第壹列真正在軌上行駛的火車。
1879年，德國西門子電氣公司研制了第壹臺電力機車。
隨著火車的普及，改變了人們騎馬（或以其他牲畜為主要動力）的出行方式。中國早期的火車車廂是綠色的，因此叫綠皮火車。
早期的傳統火車列車是由壹至三節機車牽引若幹車廂或車皮組成，現代的新型火車已經出現了多節車廂自帶動力的動車組列車。在上海，已有了從龍陽路地鐵站至上海浦東國際機場的磁懸浮列車線路。