La locomotora, y cualquier máquina de vapor, utiliza la presión del vapor para producir movimiento. En la locomotora, el combustible es madera o carbón, que se quema en un horno. La combustión calienta una caldera en la que hay agua, produciendo vapor que, como en la olla exprés, se encuentra a alta presión. El vapor sale por un conducto y llega a un cilindro en el que entra por una válvula de admisión. La alta presión del vapor hace que entre con violencia y empuje el pistón. El retorno del pistón hace que el vapor que ha perdido presión salga por una válvula de escape.
El movimiento de los pistones de la locomotora se transmite a las ruedas mediante un sistema biela-manivela.
Aunque todavía existen en circulación locomotoras de vapor, especialmente en recorridos turísticos, la gran mayoría de los trenes actuales están remolcados por máquinas Diésel o eléctricas.
Las locomotoras Diésel tienen motores de explosión parecidos a los de los camiones, aunque mucho más grandes y potentes. Su combustible, el gasóleo, es razonablemente económico y no tan contaminante como la gasolina. Este tipo de locomotoras se utiliza actualmente en trenes de viajeros y mercancías.Las locomotoras eléctricas tienen motores que funcionan con electricidad. La corriente eléctrica les llega por cables tendidos a lo largo de la vía. Prácticamente no contaminan la atmósfera, y son muy rápidas.
