火车发展史四个阶段是蒸汽机车时期、内燃机车时期、电力机车时期、高速列车时期。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。
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。
20世纪初，国外开始探索试制内燃机车。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。
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。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。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。
车运行原理
火车的转向架卡在轨道上沿着轨道行驶，转弯时转向架转动，让火车沿着轨道继续行驶。转弯时外轨高于内轨。
最初的列车是由绳索或马匹拉动的。到了19世纪，多数的列车都改由蒸汽机车牵引。20世纪40年代以后蒸汽机车渐由较清洁及需要较少劳力的柴油机车取代，后来又出现电力机车和动车组。
电气化铁路的最初投资很大，但按每里计算则是运作成本最低的。因此只有高流量的线路才适合电气化。电气化列车可能使用高架电缆或第三轨取电。