1920年以后,蒸汽机车的性能进一步得到改善。20~30年代,机车的锅炉压力由 1.373兆帕(14千克力/厘米2)提高到2.000~2.069兆帕(20.4~21.1千克力/厘米2),试验性高压机车的锅炉压力甚至高达9.807兆帕(100千克力/厘米2)以上。高压机车采用水管式锅炉,虽然热效率较高,但构造复杂,重量大,造价高,维护困难,维修费高,而且极易发生故障,运用可靠性差,因而未能正式投入运用。但一般机车的锅炉压力以美国、加拿大高,为2.068兆帕(21.1千克力/厘米2)。40~50年代,有些国家进一步提高了过热蒸汽温度,如苏联JIB和2-4-2型机车高温度达430~440℃。奥地利人G.吉士林根创造的矩形通风装置(扇烟筒),已为20多个国家和地区所采用。利用废气热来加热给水的混合式给水加热器已得到广泛应用。中国的前进型、建设型和人民型蒸汽机车都已安装这种设备。为了提高机车热效率,目前仍在继续研制凝汽式蒸汽机车。近年来还提出了蒸汽机车使用沸腾炉床,燃用煤气等建议,希望使蒸汽机车的热效率达到10%以上。
蒸汽机车由于热效率低,已大部分被热的柴油机车和电力机车所代替。蒸汽机车在美国、西欧国家、日本和苏联等国已于1960~1977年期间相继停止使用。在印度和一些不发达国家,蒸汽机车仍占铁路机车一半以上。在中国,蒸汽机车还是铁路的主要的牵引动力。
2005年12月9日,在内蒙古大板附近的铁道边上,后一列蒸汽机车执行完任务后,见证了蒸汽机车退出历史舞台的左后一刻。 蒸汽机车的退出,让很多人有一种怀旧心理,深圳福顺通科技发公司制作的仿蒸汽式的旅游观光小火车,填补了很多人这种怀旧情怀,让蒸汽机车再次出现在人们的视野中。
1872年,英商为推销近代交通工具,在天津原法租界“紫竹林”码头一带,沿海河岸边的土路上铺设了一条环行1.5公里的“广告铁路”,将一台总重量为1020kg的小“火轮车”安装在轻便的窄轨上,经试运转后,是年9月14日,开始免费载客运行。此消息传开后,轰动天津城。据天津《申报》报道:“此次火车之来中国,可谓创观,其制作也可谓精美之至,均甚便捷,甚为适用之物……”由于这一“广告火轮车”的出现,在一定程度上,给国人留下了一些新式运输工具的形象。
蒸汽机车按所装用的原动机可分为:
①以往复式蒸汽机为动力的蒸汽机车,构造简单,应用广泛,通常所说的蒸汽机车就是指这种机车
②以蒸汽涡轮机为动力的蒸汽机车,称为蒸汽涡轮机车。涡轮机转速高,须配用减速齿轮箱,因而有电力传动的和机械传动的两种。排汽又有冷凝的和非冷凝的两种。蒸汽涡轮机车因构造复杂,造价昂贵,维修费用高,热效率比蒸汽机车高得不多,未能推广使用。