火车依靠装有动力机械的机车（俗称火车头）牵引一节节车厢，在铁路上行进。1907年，特里维希克和维维安造出了在普通道路上行走的蒸汽机车，但由于车子过于笨重，在普通道路上难以行驶，特里维希克和维维安放弃了这个发明。斯蒂芬森总结失败的教训，开始研制蒸汽机车，改进了产生蒸汽的锅炉，把立式锅炉改成卧式锅炉；并作出了一个极有远见的重大决断，决定把蒸汽机车放在轨道上行驶；在车轮的边上加了轮缘，以防止火车越轨；又在承重的两条路轨间加装了一条有齿的轨道。因为当时考虑蒸汽机车在轨道上行驶，虽可避免在一般道路上因自身太重而难以行走的缺点，可在轨道上也会产生车轮打滑的问题，所以，在机车上装上棘轮，让机车在有齿的第三轨上滚动而带动机车向前行驶。

1814年，斯蒂芬森的蒸汽机车火车头问世了。斯蒂芬森发明的这个铁家伙有5吨重，车头上有一个巨大的飞轮。这个飞轮可以利用惯性帮助机车运动，斯蒂芬森为发明取了个名字叫“布鲁克”。这个布鲁克可以带动总重约30吨的8个车厢。在以后的10年中，斯蒂芬森又造了11个与布鲁克相似的火车头。