一、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。
英国人乔治·斯蒂芬森研制了第一部蒸汽机车。1814年，他研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”试运行成功；
1825年9月27日，斯蒂芬森亲自驾驶他同别人合作设计制造的“旅行者号”蒸汽机车在新铺设的铁路上试车，并获得成功。蒸汽机在交通运输业中的应用，使人类迈入了“火车时代”。
中国制造的第一辆简易蒸汽机车“中国火箭号”。 1881 年唐胥铁路通车时，唐山开平矿务局工程处中国工人凭借时任工程师的英国人金达（Claude Willia m Kin der, 1852—1936）的几份设计图纸，采用矿场起重锅炉和竖井架的槽铁等旧材料试制而成。
二、内燃机车时期
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。
内燃机车优点是启动迅速马力大，热效率较高。缺点是构造复杂，制造、维修费用大，同时造成的污染大。
20世纪初，国外开始探索试制内燃机车。
1924年，苏联制成一台电力传动内燃机车，并交付铁路使用。同年，德国用柴油机和空压缩机配接，利用柴油机排气余热加热压缩空气代替蒸汽，将蒸汽机车改装成为空气传动内燃机车。
1925年，美国将一台220 kW电传动内燃机车投入运用，从事调车作业。
1958年9月9日，中国第一台内燃机车是"巨龙"号于北京长辛店机车车辆厂研制成功,自重60吨,机车牵引力为600马力，最高时速是85公里，机车的3万多配件全部是中国制造。
三、电力机车时期
电力机车是一种非自带能源的机车。
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。
1890年英国伦敦首先用电力机车在5.6公里长的一段地下铁道上牵引车辆，这是世界上第一辆电力机车，英国作为第一次工业革命的主要发生地，在蒸汽机车和电力机车的研发过程中都有着至关重要的地位。
四、高速列车时期
高速列车又称高速火车，是指能以高速度持续运行的列车。
高速列车的优点是快捷舒适、平稳安全、节能环保。
世界最为领先的高速列车技术掌握在日本、德国以及法国中。
20世纪50年代初，日本首先提出了高速铁路的设想，并最早开始试验工作。
1964年10月1日、东京奥运会前夕，连结东京与新大阪之间的东海道新干线正式运营，列车最高速度210km/h，从此开启了告诉铁路的时代。
中国高速列车的研究从上世纪90年代开始，初期以国外引进为主、自主研发为辅。中国最初引进的高速列车为日本和德国，以“吸收，消化，再生产”的理念。
通过日本、德国的技术支持，进行学习再创造。在高速列车的形态上就可看出，中国初期的和谐号形似日系和德系的高速列车，尤其是CRH3型就具有许多德国高速列车的特征。
火车的历史：
人类历史上最重要的机具，早期称为蒸汽机车，有独立的轨道行驶。铁路列车按载荷物，可分为运货的货车和载客的客车，亦有两者一起的客货混运车，但会产生大量二氧化碳，污染环境。
火车是人类利用化石能源运输的典例。1804年，由英国的矿山技师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，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。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。
1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车。
随着火车的普及，改变了人们骑马（或以其他牲畜为主要动力）的出行方式。中国早期的火车车厢是绿色的，因此叫绿皮火车。
早期的传统火车列车是由一至三节机车牵引若干车厢或车皮组成，现代的新型火车已经出现了多节车厢自带动力的动车组列车。在上海，已有了从龙阳路地铁站至上海浦东国际机场的磁悬浮列车线路。