日本においては、1903年（明治36年）にドイツのマッファイ社が0-4-4-0(B+B)形のタンク機（後の鉄道院4500形）を持ち込んだが、元々メーターゲージ用を改軌したもので、当時の日本でも国鉄規模では非力で幹線の実用にならず普及しなかった。その後、東海道本線や東北本線などの輸送量は増大していたが、箱根越えなど長距離にわたって20‰の勾配が連続する区間があり、輸送上のネックとなっていた。そこで考えられたのが、電化あるいは軌道を強化してより大型の蒸気機関車を導入するかであったが、いずれも多額の費用が必要であった。そのような状況下でアメリカン・ロコモティブ（アルコ）社の日本における代理店である三井物産が強力でも軸重が軽いという触れ込みでマレー式機関車を売り込んできたため、1911年に試験的に6両を輸入し9020形とされたが、アメリカではこれまでないレベルの小型機で日本基準でも使い勝手が悪くマレー式の訓練用に使用された。翌1912年にアルコ社製の9750形、アメリカ・ボールドウィン社製の9800形、ドイツ・ヘンシェル社製の9850形など0-6-6-0が一気に計54両輸入され、東海道本線（現・御殿場線）山北 - 沼津間などの急勾配区間で使用されたが、先輪がないためフランジの摩耗が激しく、朝倉希一はこれについて「レールの断面形状（が一定していない事）がフランジ摩耗の主原因」と論文を出したが、当時の技術ではレールの断面形状一定化は困難で解決に至らず、これ以後マレー式の増備はされなかった。残された54両も過熱器装備の9600形や9900形などの日本産の固定台枠式の機関車でこの急勾配区間が十分越えられるようになったこともあって逐次置き換えられ、1933年までに全廃されている。これが日本で唯一のマレー式機関車の本格採用例で15年ほどの期間であった。
1個のボイラーを有し、ボイラーの下に2組の走り装置（シリンダー・動輪など）を備えている。本来は複式機関車の一種であり、ボイラーで作られた蒸気はまず後方の走り装置を高圧で駆動し、その後前方の走り装置に送られそちらを低圧で駆動した後、排出されるという機構で、関節式になった理由も製作者のマレーが以前作った別の複式機関車で起きた速度を上げた際の不安定性を関節式で防止するためであり、副次的な物であった。後部の台枠は普通の機関車と同様にボイラーに固定されているが、前部台枠は後部台枠とは左右に首を振る関節でつながれ、曲線に沿って首を振る構造となっている、当時は首を振る台枠のシリンダーに蒸気を供給する曲がる蒸気管の圧力をあまり上げられなかったが、この方式なら一度使用後の低圧蒸気を使用するので当時の技術でも十分蒸気漏れを防げた。ボイラー前部の荷重は左右にスライドするベアリングにより前部台枠に伝えられる。アナトール・マレー自身が作ったマレー式1号機はドコービル社の可搬式鉄道（600mm軌間）などで使う小型機（車輪配置0-4-4-0）として設計しており、このため1886年にパテント習得から1900年までに400両のマレー式蒸気機関車は製造されたが、ほとんどがナローかせいぜいメーターゲージ向けのタンク機で台数の多いフランスなどでも標準機向けは2両だけであったが、1904年にアメリカで勾配の後押し用に重連補機が必要だったところを1両で済ませるためボルチモア&オハイオ鉄道で0-6-6-0の大型機が開発され、車軸配置を色々変えながらも勾配用などに採用されていた。しかしアメリカではこの大型化に伴い低圧シリンダーの肥大（低圧蒸気なので大型にしないと力が確保できない）して最大で直径が1.22ｍを超えるようになって後述の問題（短所・複式のみ参照）が露わになり、また1次大戦後蒸気管の加工精度やシーリング材の向上で首を振る前部台枠に高圧蒸気を送れることになったため、マレー式と同じ車軸配置だが4つのシリンダーすべてに高圧蒸気を送る機関車が誕生した。これをアメリカではシンプルアーティキュレーテッド＝単式関節形蒸気機関車と呼び、アナトール・マレー自身も「マレー式は複式」としていたが、単式としたこのような構成の機関車を指す名称が特に無いこともあり、単式のものもマレー式と呼ばれることが多い。（複式との区別のため単式マレーとも呼ばれる）
マレー式機関車（英: Mallet locomotive）は、関節式機関車の一様式で、一方の走り装置は車体の下に固定されており、もう一方の前側の走り装置が進行方向に沿って首を振るようにした構造のものである。スイスの技師アナトール・マレーによって発明された。
ウィーンの都。若草俊一（田原俊彦）は音楽留学生としてこの街に来ており親友の入江豊（野村義男）もここでケーキ職人の修業をしている。二人は養護施設の出身だ。 ヨーロッパ一人旅を楽しむ柴田隼人（近藤真彦）は、姉の京子（長谷直美）を訪ねウィーンにやって来た。 隼人は京子の紹介で、ウィーン屈指の名門、ローテンベルグ家の一人息子、ヨハネス・ローテンベルグ（田原俊彦・二役）の日本語の家庭教師をすることになった。ヨハネスは日本人とのハーフだった。 俊一がバイトをしている酒場に隼人、ヨハネスとガールフレンドのカタリーナ（ヒロコ・グレース）がやってきた。自分と瓜二つのヨハネスの姿を見て、俊一は愕然とする。その時、ヨハネスは何者かに連れ去られた。 一方、隼人とカタリーナは、俊一がヨハネスにソックリなのに驚かされた。その俊一が店の帰路、数人の男たちに襲われた。意識が戻った俊一は、そこがローテンベルグ家であることに気づく。そして、日本人執事、ミスター・ブンは非礼を詑びると、日本にあるローテンベルグ家の家宝のツィターを探してほしいと依頼する。それは、ヨハネスのローテンベルグ家継承の儀式に絶対に必要であるらしい。その儀式は一ヵ月後に迫っていた。 18年前、ヨハネスの母、綾子（檀ふみ）は、夫の亡き後、義妹のソフィア（マリアーネ・カリックス）に追われるようにして、ツィターと共に日本へ去ったという。日本へ戻った俊一は、綾子の足跡を追い、鎌倉で哀しい最期をとげていたことをつきとめた。そして、ツィターはそこの寺にあった。さらに、中にあった一枚の写真から、俊一とヨハネスが双子の兄弟であることが分った。 18年前、綾子は俊一ひとりを連れて日本に帰ってきたのだ。再びウィーンに戻った俊一はツィターを豊に預けブンと合うが、彼は何も話そうとせず、早く街から立ち去れという。豊は何者かに襲われ、ツィターを奪われていた。その頃、ヨハネスとカタリーナはクロイゼンシュタインの古城に監禁されていた。 俊一、隼人、豊はツィターを取り戻すことに成功する。しかし、ミスター・ブンにより俊一は監禁されてしまう。ミスター・ブンはクロイゼンシュタイン城へ向った。隼人、豊、ミスター・ブンはヨハネスとカタリーナを救出した。その日はヨハネスのローテンベルグ家継承の儀式が行なわれる日で、俊一は、ヨハネスになりすまし、彼を待っていた。そこへ、ヨハネス、カタリーナ、隼人、豊がやって来た。祝宴の舞踏会の華やかな音楽が流れる中、兄の俊一と弟のヨハネスは18年ぶりにめぐり逢った。そこへ一発の銃声！　しかし、俊一の傷はあさく、事なきを得た。すべてはローテンベルグ家を乗取ろうとするソフィアの仕業だった。