蒸気機関車
摩耗部分が多く、日本の場合約39万km走るとオーバーホールしていた(同時期の電車や電気機関車は80万kmほどでオーバーホール)。 ボイラー部などの熱・高圧疲労・耐用年数による老朽化。 水垢の蓄積。
燃料と水を補給する必要があり、大型機では約100kmごとに補給が必要。そのため、駅や機関区などに水・石炭などの補給や、使用済みの石炭ガラ処理用の大型設備が必要となる。また、電気機関車などのように1000km程度の長距離を乗務員の交代のみで運転することはできず、機関車の所要数が増える。
機関車そのもので蒸気を発生させて走るため性能の発揮に熟練が必要。とりわけ特急列車のような「計算上の最大出力を出さねばダイヤが維持できない」列車の場合、石炭や水の使用効率のことも考えると特に技量の高い機関士・機関助士を必要とする。
設計上逆向き運転が考慮されておらず、転車台・デルタ線・ループ線など方向転換のための設備を必要とする。ただし、後年にはC11形やC56形など逆向き運転が容易な形式も出現した。また、石油だけを燃料とするなら必ずしも運転席をボイラーと炭水車との間に設ける必要はないので、理論的には逆向き運転も容易になる。
こうした理由で、ディーゼル機関車の発展が早かった米国では1930年代頃から蒸気機関車に挑戦するようになり、1946年の調査では、蒸気機関車が得意な特急牽引(蒸気機関車は低速だと全力が出せない)の仕事でさえ、NYCのナイヤガラ特急牽引機で比較した結果、初期コストと運用コストのいずれにおいても蒸気機関車と(電気式)ディーゼル機関車がほぼ同じ経済性とされるほどになっていた。1950年代に至っては、大半の鉄道会社がゼネラルモーターズ(GM)やゼネラルエレクトリック(GE)のディーゼル機関車に置き替えていた。
シェイと類似の形態だが重油を燃料として使用し、過熱蒸気式、弁装置はワルシャート式弁装置
プロイセン邦有鉄道T3型蒸気機関車
王立バイエルン邦有鉄道S2/6型蒸気機関車
王立バイエルン邦有鉄道S3/6型蒸気機関車
ドイツ国鉄01形蒸気機関車
ドイツ国鉄03形蒸気機関車
ドイツ国鉄05形蒸気機関車
ドイツ国鉄18形蒸気機関車
ドイツ国鉄24形蒸気機関車
ドイツ国鉄38形蒸気機関車
ドイツ国鉄42形蒸気機関車
ドイツ国鉄44形蒸気機関車
ドイツ国鉄50形蒸気機関車
ドイツ国鉄52形蒸気機関車
ドイツ国鉄86形蒸気機関車
ドイツ国鉄89形蒸気機関車
広軌のグレートウエスタン鉄道を建設した。
火室の幅を線路の幅より広くした、近代の大型機では一般的な方式である。広い火格子面積を確保できるため、特に低品質炭を常用せざるを得ない各国・各鉄道で蒸気機関車の出力向上に大きく貢献した。なお、そのまま火室の幅を広げると動輪が邪魔になるので、通常は以下の4つの手法を取られる。
後方2つの動輪の間をあけて火室を落とし込む方式。
動輪の上に火室をそのまま上乗せで配置する方式。
動輪の後ろで台枠を拡幅してこれを支える従台車を置き、そこに火室を配置する方式。
火室を動輪の後ろに突き出すが支えないでオーバーハング状態にする方式。
日本では5830形が1番目、8850形が2番目、8900形が3番目にそれぞれ該当するが、1番目は「動輪のホイールベースが伸びて曲線通過の悪影響やサイドロッドの重量がかさむ」、2番目は「重心が上がり、特に大動輪の機関車では安定性が悪くなる。」、3番目は「全長が長くなる。また、列車牽き出し時の後方への重心移動により、本来は動輪にかかるべき荷重が従輪にかかるようになるため、特に列車出発時に空転が生じやすくなる。」といった一長一短な要素を持っている。なお4番目のオーバーハングさせる方式は速度を上げるとピッチングが激しくなるため、日本では採用されてない。
テンダー式機関車のうち、機関車本体の前後を逆にしたもの。キャブ(運転室)を最前部に設けることにより機関士は煙害から免れることができ、また良好な前方視界を得た。ドイツや、アメリカのカリフォルニア州の山岳地帯のトンネルが多い線区で使用された。
ベルペヤ火室(英語版) ベルギーの鉄道技術者、アルフレッド・ベルペヤ(英語版)が考案した火室形状で、内火室と外火室の形状を相似形にしているため、内火室を支えるステイの形状を単純にでき、缶水の循環が良く水垢の付着が少ないという利点を持つ。上部が角張った形状が特徴であるが、円筒形の煙管部との接合工作が難しいという欠点がある。 台形火室 上から見ると火床が台形(前部は狭く動輪の間に収まるが、後部は広火室。)。重い火室を少しでも前に持っていくことで走行を安定させ重量牽引時の軸重移動を抑える。フランスで使用されていた。 ウーテン火室 広火室の一種で、外見上は下部が大きく広がっているのが特徴である。泥炭など質の悪い石炭を燃焼させるためにアメリカで考案されたもので、日本では日本鉄道が質の悪い常磐炭を使用するために、一部の形式で採用した。