Era la forma dominante de tracción en los ferrocarriles, hasta que a mediados del siglo XX fueron reemplazadas por las locomotoras diésel y eléctricas.
Las locomotoras empleadas en las minas eran lentas y poco fiables, con frecuentes explosiones.
Muchos proyectos como el "Cycloped" (un artilugio de tracción animal construido por Thomas Shaw Brandreth) o la locomotora "Perseverance" de Timothy Burstall (que no alcanzó la velocidad mínima exigida), tuvieron una presencia testimonial en la prueba.
La ganadora fue la "Rocket" porque sus rivales no consiguieron terminar la prueba por avería en las máquinas, como la "Sans Pareil" que tenía un cilindro defectuoso construido en los talleres de Stephenson.
A pesar de esta anomalía, la "Sans Pareil" fue más rápida que sus competidoras.
Está formado por cuatro paredes laterales y un techo al que se denomina cielo.
El vapor se recoge en la parte más alta de la caldera, bien sea a través de un tubo perforado, situado por encima del nivel del agua, o bien en un domo (cúpula en la parte superior).
Allí entra en primer lugar en la denominada caja del vapor o capilla de la distribución, donde una pieza móvil, la corredera, al deslizarse alternativamente a uno y otro lado, hace que el vapor se dirija, a su vez, alternativamente a uno y otro lado del pistón dentro del cilindro del vapor, en el que entra a través de las lumbreras de admisión y tras expandirse, la propia corredera lo dirige hacia la lumbrera de escape.
Esto ocasiona un movimiento alternativo de vaivén del pistón, a uno y otro lado, que acciona así la rueda motriz principal a través de una barra, también llamada vástago del pistón.
Los ejes motrices se montan sobre cojinetes que pueden desplazarse arriba y abajo en el bastidor.
En las locomotoras medianas se utilizó un bisel delantero y en las más grandes un bogie de dos ejes.
Se necesita algún dispositivo para forzar al agua a entrar en la caldera venciendo la presión que reina en su interior.
Lo más habitual era disponer dos sistemas independientes para suministrar agua a la caldera.
El tubo está conectado a una toma de vapor vivo y es gobernado por la válvula del ventilador, instalada en la cabina.
Otras aplicaciones del ventilador son cuando se procede al encendido de la caldera, para poder avivar el fuego y conseguir alcanzar presión más rápidamente.
Generalmente son accionadas manualmente por una palanca situada en la cabina, aunque en algunas locomotoras se utilizaron purgadores automáticos.
Tenían enormes radiadores en los ténderes a los que se enviaba el vapor de escape.
El primero fue un engrasador de desplazamiento montado en la cabina, al que llegaba un fino conducto con vapor.
El conducto se bifurcaba en forma de T hasta un contenedor hermético con aceite.
Las locomotoras cuentan con enganches delante y detrás para acoplar los vagones a remolcar.
En América se dispuso en el extremo frontal una estructura metálica inclinada, destinada a desviar los posibles obstáculos que pudieran encontrarse delante del tren.
Todo el diseño y estudio del caso fue realizado por Charles Babbage.
En algunas ocasiones era necesario mejorar la adherencia de las ruedas motrices y evitar que patinaran sobre los carriles, como por ejemplo cuando existía hielo sobre ellos o al iniciar la locomotora su marcha.
Desde sus primeros tiempos se equipó a las locomotoras con campanas y silbatos.
Se sustituían incluso calderas, cilindros y, en definitiva, casi cualquier parte de la locomotora.
Para ello se representa a cada grupo de ejes con un número.
Al principio se las clasificaba por su esfuerzo de tracción: la máxima fuerza ejercida por la locomotora para arrastrar el tren.
Al entrar en el siglo XX comenzó a considerarse que el esfuerzo de tracción no era la medida más adecuada del rendimiento porque no tenía en cuenta la velocidad, y las locomotoras empezaron a medirse por la potencia que desarrollaban.
Aunque pueden ser máquinas bastante sencillas y adaptables a una gran variedad de combustibles, son menos eficientes que los motores diésel o eléctricos y requieren un mantenimiento constante que implica un trabajo considerable.
Por último, el humo que emiten las locomotoras de vapor puede resultar objetable.