キュニョーの砲車
蒸気機関は17世紀末にドニ・パパンによって『ピストンを使った押し出し』が試作され、その後トーマス・セイヴァリが特許を取得し1712年にトーマス・ニューコメンにより『低圧を利用した吸引』（大気圧機関）が実用化され、鉱山などでの排水用ポンプの定置型動力として使われていた。いずれも、力が加わった後のピストンを元の位置に戻すためには重力など別の力を用いていた。1760年ごろになると複数の科学者が蒸気によって車を動かす試みをはじめた。キュニョーも軍事技術に携わったことから蒸気の使い方を学んでいた。ドイツの技師ヤーコプ・ロイポルト (: 1674-1727) が1724年に9分冊の著作『Theatrum machinarum generale』に影響を受けている。
蒸気発生装置
戦後開発のEF58形からは末期まで主流となった貫流ボイラー型の蒸気発生装置 (SG) となった。これは燃焼室の中にとぐろ状の水管を配置したものであり、水を水管の一方から押し込み循環させることなく蒸気に変えることができる。装置内の保有水量が少ないため起動性や負荷追従性に優れるものである。機関助士の手を煩わせず自動で蒸気を供給することを意図したが、蒸気量や蒸気温度を安定させるためには水や蒸気の出入りと熱の供給をバランスさせる高度な制御技術が必要であったため当初は技術が追いつかず「冷凍機関車」との異名ができた。しかし燃焼機構などを改良した結果安定した運転が可能になり当初の目的を達することができた。なお、SGの燃料としては電気機関車には燃料費節約のため重油を、ディーゼル機関車では燃料共通化のため軽油を使用（鉄道事業用の軽油のため無税）した。