مسأله استخراج ذغال از معادن و حمل آن به خارج مشكلي بود كه بر سر راه مردم فعال خودنمايي مي‌كرد. ابتدا سعي كردند در طول معادن، سطح همواري براي عبور ارابه‌هاي حامل ذغال ايجاد كنند اما اين كار نه عملي بود و نه كافي.
در سال 1556م مهندسين آلماني راه حل جديدي براي اين كار جستند بدين ترتيب كه در طول معدن دو رشته الوار در دو خط موازي قرار دادند و سپس ارابه‌هاي حامل ذغال را بر روي اين دو خط چوبي بكار انداختند و چون در بعضي معادن سطح اتكا الوارهاي چوبي بسيار سست و مقاومت آن كم بود مجبور شدند زير الوارها را با قطعات مسطح و مكعب سنگ بپوشاند و بدين ترتيب اولين قدم در راه ابداع ريل و تراورس برداشته شد و بعدها قطعات سنگ تبديل به قطعات چوب گرديد كه از عرض در فواصل معين زير الوارها قرار مي‌دادند و امروز همين قطعات چوبي به عنوان تراورس مورد استفاده راه‌آهن است. انگليسي‌ها تدريجاً متوجه شدند كه الوارهاي چوبي مقاومت زيادي ندارد و خيلي زود فرسوده مي‌شود. براي رفع اين عيب روي الوارها را با ورقه‌اي از آهن مي‌پوشاندند و سرانجام در سال 1750 الوارهاي چوبي را بكلي جمع كردند و به‌جاي آن نوارهاي چدني با مقطع گونيايي گذاشتند به‌طوري كه چرخ ارابه‌هاي حامل ذغال بر روي لبه قائم آن قرار مي‌گرفت. سپس شخصي به نام (رينولد) پيشنهاد كرد كه صاحبان معادن ذغال سنگ از تير آهن استفاده نمايند. نتايج حاصله از اين پيشنهاد عالي بود زيرا به‌زودي با تكامل ريل‌هاي آهن توانستند مقدار بيشتري بار را با نيروي كمتر به حركت درآوردند و از دل معادن ذغال استخراج كنند. اما با همه اين پيشرفت‌ها هنوز حمل بار با كندي صورت مي‌گرفت زيرا تنها وسيله كشش واگن‌ها اسب و انسان بود و اين نيروها نمي توانست جوابگوي احتياج صاحبان معادل ذغال باشد. استفاده از نيروي بخار براي به كار انداختن تلمبه اي كه آب را از معادن خارج مي‌كرد و ادامه كار كارگران را ممكن مي‌ساخت و «وات» مخترع و مبتكر آن بود، استخراج سريع ذغال را ممكن‌تر ساخت و از طرفي چون مقادير متنابهي ذغال در محوطه‌هاي جلو معادن روي هم انباشته شده بود گاري‌هاي اسبي نمي‌توانست آن را به بازارهاي فروش و بنادر براي بارگيري در كشتي‌ها حمل نمايد، به فكر افتادند كه در روي زمين نيز از ريل استفاده كنند و به‌زودي در بعضي معادن انگلستان اين كار انجام گرفت، بنابراين در حالي كه هنوز تنها نيروي محركه واگن‌ها اسب بود و چنين نيروي كندي نمي‌توانست احتياج صاحبان معادن را براي تسريع در حمل ذغال برآورد.
در اين هنگام جمعي از متكفرين متوجه نيروي بخار شدند و اين سوال مطرح شد كه اگر نيروي بخار قادر است تمبله‌اي را بكار اندازد آيا نمي‌شود از آن نيرو در كشيدن واگن استفاده كرد؟
حماسه جالب و هيجان‌انگيز اختراع «لكوموتيو» كه اينك صداي صوت دلنوازش در سراسر جهان طنين‌انداز است از اينجا آغاز مي‌شود.
از سال 1800 تا 1813م چند نفر از مخترعين ماشين‌هايي كه با نيروي بخار حركت مي‌كرد ساختند ولي هر كدام نواقصي داشت. در همين زمان بود كه مردي با اراده پولادين و انداشته‌اي رسا وارد ميدان عمل گرديد و همه پيشرفت‌ها و ترقيات راه‌آهن را بنيان گذاشت. وي شخصي بنام «جرج استنسن»، كه زندگي پرماجرايي را گذرانده و به تمام معني خود ساخته و صاحب نبوغ و استعداد بود.
در معدن طرز كار تلمبه بخار توجه او را جلب كرد و با كنجكاوي فراوان طرز كار آن را دانست و حتي متوجه وجود بعضي نواقص و عيوب آن شد و چون آدم بي‌سوادي مثل او حق اظهار نظر نداشت تصميم گرفت از راه منطقي آن، وارد معركه شود. به زودي خواندن و نوشتن را فراگرفت و بعد به مطالعه كتاب فيزيك پرداخت و حتي جزوات درس پسرش را كه به دانشگاه مي‌رفت، مي‌خواند و فرا مي‌گرفت. وي تدريجاً آنقدر معلومات خود را افزايش داد كه در ميان مهندسين معدن جايي براي خود باز كرد و صاحب رأي و عقيده شد. «استفنسن» در سال1814 موفق به ساختن لكوموتيو شد كه از هر حيث بر موضوعات ديگران رجحان و برتري داشت و هم او بود كه براي اولين بار محور چرخ‌هاي لكوموتيو را به‌وسيله اهرم به هم متصل كرد. وي بعد از ساختن اولين لكوموتيو كه در خط آهن «لينگورث» به كار افتاد درصدد اصلاح معايب آن برآمد و سه سال بعد لكوموتيو ديگري ساخت كه در همان خط با سرعت ده كيلومتر در ساعت با هفتاد تن بار بكار افتاد. طبعاً اين موفقيت به او مجال مي‌داد كه دست از كار در معدن بردارد و مستقلاً حرفه لكوموتيوسازي را به عنوان صنعت مورد احتياج زمان پيشه سازد. وي از آن پس تا سال 1829م، شانزده لكوموتيو ساخت كه حتي يكي از آنها را به صاحبان معادن «سنت آتين» در فرانسه فروخت و بدين ترتيب اولين گام را براي ايجاد يك مصنوع صادراتي انگلستان برداشت. «استفنسن» تدريجاً كار خود را تكميل كرد، از آن جمله از داخل ديگ بخار، لوله‌هايي گذراند كه دود و حرارت كوره از آن عبور كند و بخار لازم را سريع‌تر ايجاد نمايد و با اين تغييرات توانست سرعت و قدرت لكوموتيو را افزايش دهد. «اسفنسن» در اين زمان معتقد بود كه راه‌آهن نه‌تنها يك وسيله نقليه خوب براي حمل بار در تمام نقاط مي‌تواند باشد بلكه براي مسافرت نيز وسيله مطمئن و مفيدي است كه بايد جايگزين درشكه و دليجان شود.
چنين نظري در جامعه آن روز انگلستان طبعاً قبوليت عامه پيدا نمي‌كرد، به همين جهت با مخالفت بسيار شديدي مواجه شد و كار مباحثه در اين زمينه بالا گرفت كه حتي كليسا نيز وارد معركه شد و از آن به نام يك وسيله شيطاني ياد كرد و با آن به مبارزه برخاست. در اين هنگام مسأله حمل و نقل بار بين دو شهر منچستر و ليورپول به صورت مشكل بزرگي در مقابل صاحبان كارخانجات نساجي منچستر خودنمايي مي‌كرد. آنها مي‌خواستند منسوجات خود را كه به ميزان زياد توليد مي‌شد به ليورپول برسانند و با همان سرعت، مواد اوليه را از ليورپول به كارخانجات خود حمل نمايند، اما اين كار به‌وسيله كشتي‌هاي كوچك كه از كانال‌هاي بين دو شهر حركت مي‌كردند ممكن نبود. ميزان حمل و نقل بار در بين اين دو شهر بقدري زياد بود كه با امكانات باربري ابداً ممكن نبود و آنچه حمل و نقل مي‌شد با كندي و سختي انجام مي‌گرفت و متناسب با حجم محصولات مناسب نبود. صاحبان صنايع نساجي به فكر افتادند كه مشكل خود را با ايجاد خط آهن بين دو شهر مذكور حل كنند و براي اينكار بين سازندگان لكوموتيو مسابقه‌اي ترتيب دادند كه در اكتبر 1829 بايد انجام مي‌گرفت. شرايط مسابقه جالب و مضحك بود زيرا وزن و ارزش لكوموتيو نيز شرط شركت در مسابقه بود بدين ترتيب كه شركت‌كنندگان مي‌بايست لكوموتيوي عرضه كنند كه بيش از شش تن وزن و معادل 13750فرانك ارزش نداشته باشد و بتواند 20 تن بار را حداقل با سرعت 16 كليومتر در ساعت حمل كند. در اين مسابقه تاريخي چهار لكوموتيو شركت كردند كه دو تاي آن شرايط لازم را واجد نبودند و يكي پس از حركت ايستاد و لوله‌هاي آن از هم در رفت و تنها لكوموتيو استفنسن به نام (موشك) كه 4320 كيلو وزن داشت توانست بار مورد نظر را با سرعت 26 كيلو متر در ساعت حمل كند و وقتي بدون بار آزمايش شد سرعت آن به 47 كيلومتر در ساعت رسيد. براي ما كه در عهد موشك‌هاي فضا پيما زندگي مي‌كنيم و انسان راه تسخير فضا و كرات آسماني را در پيش گرفته است سرعت موشك استفنسن مضحك مي‌نمايد اما در آن زمان همين سرعت حيرت‌انگيز بود كه غالباً تصور مي‌كرده‌اند آنچه ديده‌اند وهم و خيال است.
خط آهن منچستر به ليورپول به دنبال اين مسابقه تاريخي و علي‌رغم مخالفت‌هاي شديدي كه به ظهور پيوسته بود و كليسا نيز در اين مخالفت هم‌آهنگي داشت بالاخره ساخته شد و در 15 سپتامبر سال 1830رسماً افتتاح شد. داستان ايجاد اين خط كه همه كار آن از نقشه‌برداري و ساختمان پل‌ها و ريل‌گذاري زير نظر استفنسن انجام گرفت، يكي از حوادث مهم تاريخ پيدايش راه‌آهن است. هر چند كه مخالفين او حتي كمين كردند تا اين مرد شيطاني را بكشند و بعضي‌ها مي‌گفتند صداي عبور لكوموتيو محصول مزارع را كم مي‌كند مرغ‌ها را از تخم‌گذاري باز مي‌دارد و زنان حامله را مبتلا به سقط جنين مي‌سازد. قهوه‌چي‌ها، باربرها، صاحبان كشتي‌هاي باربري مي‌گفتند بازار كساد شده و گرسنگي تهديدمان مي‌كند و بعضي سياستمداران فيلسوب‌مأب نيز مخاطرات عظيم اين وسيله شيطاني را يادآور مي‌شدند. با همه اينها استفنسن موفق شد با ايجاد خط آهن مزبور، طلسم مخالفت‌ها را بشكند و از آن پس در سراسر انگلستان و اروپا و امريكا اين وسيله نقليه مورد استقبال قرار گرفت و البته به‌تدريج تكميل شد و قدرت و نيروي آن افزايش يافت. كشورهاي اروپايي به ترتيب بلژيك در سال 1830م، آلمان در سال 1835م، اسپانيا در 1838م، فرانسه كه قبل از همه متوجه اين نيرو شده بود، در سال 1860م رسماً ايجاد شبكه راه‌آهن را وارد زندگي خود كردند. آمريكا نيز در سال 1826 م متوجه راه‌آهن شد.
راه‌آهن در ايران
اولين خط راه‌آهن كه در سال 1886م در ايران احداث گرديد، راه‌آهن تهران به ري به طول 8700 متر بود.
از آن تاريخ تا سال 1304 شمسي كه مقدمات راه‌آهن سراسري فراهم گرديد چند رشته خطوط كوتاه در ايران كشيده شد. مانند راه‌آهن آمل به محمودآباد و راه‌آهن زاهدان به ميرجاوه، راه‌آهن تبريز و بندر شرف‌خانه و راه‌آهن بوشهر به برازجان. احداث راه‌آهن از جمله آرزوهاي مردم و بازرگانان ايراني بود ولي به عللي نقشه و هدف آنها به نتيجه‌اي نمي‌رسيد.
زماني كه رضاشاه حكومت را بدست گرفت، براي اجراي اين هدف و به منظور توسعه امور بازرگاني و اجراي سياست استعماري مصمم شد به‌وسيله يك رشته راه‌آهن سراسري از درياي مازندران تا خليج فارس، شهرهاي بزرگ و مراكز پر جمعيت و نواحي كشاورزي ايران را به يكديگر متصل سازد و براي تأمين هزينه آن در تاريخ 9 خرداد سال 1304 شمسي، قانون انحصار قند و شكر و چاي از تصويب مجلس گذشت كه به موجب آن مقرر شد از هر سه كيلو قند و شكر كه به ايران وارد مي‌شد دو ريال و از هر سه كيلو چاي شش ريال، جهت هزينه ساختمان راه‌آهن سراسري دريافت گردد. پس از دو سال كه مقدمات امر فراهم گرديد عمليات ساختماني از شمال و جنوب شروع و 11 سال بعد يعني در سال 1317م خط شمال و جنوب به يكديگر اتصال يافت. راه‌آهن سراسري ايران از شمال بندر گز واقع در جنوب شرقي درياي خزر شروع شده و پس از عبور از شهرهاي ساري و قائم‌شهر وارد مناطق كوهستاني البرز گرديد و از گردنه مرتفع فيروزكوه به وسيله تونل‌ها و پل‌هاي متعدد گذشته و از طريق جلگه ورامين به تهران متصل مي‌شود. سپس از زمين‌هاي هموار قم و اراك گذشته و از ايستگاه درود به بعد، وارد مناطق كوهستاني لرستان مي‌گردد و پس از گذشت از تونل‌ها و پل‌هاي متعدد در انديمشك به جلگه هموار خوزستان مي‌رسد و از كنار دزفول و شهر اهواز و پل عظيم كارون گذشته از يك سمت به خرمشهر و از طرف ديگر به بندر امام خميني در خليج فارس منتهي مي‌شود. طول راه‌آهن سراسري، 1394 كيلومتر و عرض آن 1435 ميلي‌متر و در طول آن 90 ايستگاه داير است. مرتفع‌ترين نقطه راه‌آهن در شمال تونل كدوك است كه 2112 متر از سطح دريا ارتفاع دارد. بزرگ‌ترين پل فلزي راه آهن پل كارون در اهواز است كه 100 متر طول و 51 چشمه دارد و مهم‌ترين پل‌هاي شمال، پل ورسك است كه يكي از شاهكارهاي صنعت پل‌سازي است كه در ابتدا و انتهاي خط آهن سراسري بندرگز و بندر امام ساخته شده است. بعد از اتمام راه‌آهن سراسري از سال 1318 ساختمان سه رشته خط آهن ديگر به‌شرح زير شروع گرديد:
1) راه‌آهن تهران به مشهد 2) راه‌آهن تهران به تبريز 3) راه‌آهن قم به كاشان. راه‌آهن تهران به مشهد و راه تهران به تبريز ساخته شد و راه‌آهن قم به كاشان و همچنين خط آهن تبريز به مرز ايران و تركيه كه شبكه خط آهن ايران را به اروپا وصل مي‌كند به مرحله بهره‌برداري رسيد.
