人类历史上最重要的机械交通工具，早期称为蒸汽机车，也叫列车。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车。
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，还要在运营中耗用大量时间为机车添加煤和水。这些都很不经济。在19世纪末，许多科学家转向研究电力和燃煤蒸汽机车。
世界上第一列真正在轨上行驶的蒸汽火车是由康瓦耳的工程师查理‧特里维西克所设计的。 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)。 不幸，火车的重量压垮了铁轨。
电力机车1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车，重约954公斤，只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演。1903年10月27日，西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用。其时速达到200公里。
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，耗费太高，不易推广。
1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广泛使用。
1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料。且结构简单、震动小、运行性能好，因而，在工业国家普遍采用。
20世纪60年代以来，各国都大力发展高速列车，例如法国巴黎至里昂的高速列车，时速到达260公里；日本东京至大阪的高速列车时这也达到200公里以上。
人们对这样的高速列车仍不满足。法国、日本等国率先开发了磁悬浮列车。我国也正在上海修建世界第一条商用磁悬浮列车线。这种列车悬浮于轨道之上，时速可达400－500公里。
