火车的发展史历经四个阶段，分别是蒸汽机车时期、内燃机车时期、电力机车时期、高速列车时期。
1804年，英国的德里维斯克利用瓦特的蒸汽机造出了世界上第一台蒸汽机车，这是一台单一汽缸蒸汽机，能牵引5节车厢，它的时速为5至6公里。因为当时使用煤炭或木柴做燃料，所以人们都叫它“火车”，于是一直沿用至今。蒸汽机车时期蒸汽机车是一种火车机车。它的优点是结构简单，成本低，缺点是热效率太低，体型笨重。
1840年2月22日，由康瓦耳的工程师查理礠里维西克所设计了世界上第一列真正在轨上行驶的火车。它的火车有四个动力轮，1840年2月22日试车，空车时，时速20公里，载重时，每小时8公里(相当于人快步行走的速度）。
燃油机车1894年，德国研制成功了第一台汽油内燃机车。并将它应用于铁路运输，开创了内燃机车的新纪元。但这种机车烧汽油，内燃机车是以内燃机作为原动力，通过传动装置驱动车轮的机车。在我国铁路上采用的内燃机绝大多数是柴油机。最早使用燃煤蒸汽动力的燃煤蒸汽机车有一个很大的缺点，就是必须在铁路沿线设置加煤、水的设施，还要在运营中耗费大量时间为机车添加煤和水，
内燃机车出世后，以其明显的优势很快就压倒了蒸汽机车。一些国家如美国、法国、加拿大等国都用继制成了内燃机车，并且在10年左右的时间内实现了铁路机车内燃化，使内燃机车得到了较广泛的使用。
1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车。电力机车的优点是热效率比蒸汽机车高一倍，功率大、过载能力强、牵引力大、速度快、整备作业时间短、维修量少、运营费用低、便于实现多机牵引、能采用再生制动以及节约能量，而且不会造成空气污染，噪音小。在石油生产国提高石油价格，发生了世界性的石油危机之后，人们又把注意力转向了电力机车，从而促进了电力机车的迅速发展。
从1950年开始到现在。这一阶段是高技术铁路的飞跃发展时期，从20世纪60年代到现在，日本的高速铁路系统称之为新干线。是全世界第一个投入商业营运的高速铁路系统，如今中国、日本、法国、是当今世界高速火车技术发展水平最高的3个国家。
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