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***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***和地区所采用。·水箱为全电焊结构，底架除牵引杆托套及从板座两处为铆接外，其余为全电焊结构。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。
1876年7月3日，中国铁路——“淞沪铁路”（窄轨）建成通车，那台英制名曰“先导号”的蒸汽机车（机车总重量1420kg）时速为24—32公里，为我国外国蒸汽机车。 1881年11月8日，建成了中国自办铁路——“唐胥铁路”（唐山至胥各庄）。在“唐胥铁路”修筑路基的同时，中国工人凭时任总工程师的英人金达（C.W.Kinder）的几份图纸，利用矿场起重机锅炉和竖井架的槽铁等旧材料，试制成功了一台“0—3—0”型的蒸汽机车。在这些爱好者看来，新式的机车外形太过普通，就像一个个跑在铁轨上的长方形盒子，而蒸汽机车那富有机械感的外观、黑色的涂装、大红色的车轮则***视觉冲击力，是能够代表火车形象的，也是力与美的体现。（只有三对动轮，无导轮和从轮），被金达、薄内（Burnet）等英国***命名为“中国火箭号”和“龙号”，为我国自制的蒸汽机车（曾存于北京府右街交通陈列馆内，并可生火行驶，以供众览，“七七事变”后失踪，至今查无下落）。
蒸汽机车因车架形式不同可分为：
①板梁式车架机车，车架是板梁型结构，车架较轻，欧洲***采用较多。
②杆梁式车架机车，车架是杆状结构，用厚钢板切割成型或用铸钢铸造，采用普遍。
蒸汽机车就其车架和动力单元的组成来说，可分为：
①常规机车，只有一个固定车架组成一动力单元（包括汽缸、动轮、连杆装置和阀动装置等）并支承锅炉。
②关节机车，除有一个固定车架组成的动力单元并支承锅炉后半部外，还有一个可转动的车架和后面的固定车架连接组成另一动力单元，并可滑动地支承锅炉前半部，起转向架作用。
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。