在鐵路發(fā)展的初期，鐵路軌道經(jīng)過了多次變化。

在規(guī)模鐵路形成之前，鐵路和鐵的關(guān)系并不大，軌道以木軌為主，而且標(biāo)準(zhǔn)并不高，養(yǎng)護(hù)維修都很麻煩。而且鐵軌直接鋪在平地上，一到下雨或者下雪的季節(jié)鐵路立刻就變得泥濘不堪，而列車的安全也就隨著無法保證。

為了不讓巨資修建的鐵路重新成為馬車道，道砟應(yīng)運(yùn)而生。道砟就是墊在枕木底下的碎石塊，這可不是普通的碎石塊。它們使用優(yōu)質(zhì)花崗巖經(jīng)過破碎而形成。往往有幾米高。作用是吸收列車行駛過程中的沖擊，防止軌道產(chǎn)生相對移位。同時可以通過維護(hù)人員不斷填充新的道砟抵消地面下沉的影響，在我國的某條鐵路線上道砟最厚的地方有十幾米厚，相當(dāng)于四層樓的高度。

鋪在道砟上的木質(zhì)的鐵軌，由于沒有泥土的保護(hù)，特別容易被損壞。于是人們?yōu)殍F路換上了鐵軌，而且所用鐵的品質(zhì)越來越好，重量也越來越大，鐵路也終于成為了今天的鐵路。在當(dāng)時的世界上，鐵絕對是一種稀缺的資源，但事實(shí)證明，把這么多的鐵用在鐵路上是值得的。伴隨著鐵軌重量增加，是鐵路貨運(yùn)量的急劇上升，和鐵路運(yùn)輸平穩(wěn)性的提高。

僅僅是運(yùn)的快運(yùn)的多還不行，鐵路要想改變?nèi)祟愇拿鞯臍v史，還必須擁有更快的速度。在當(dāng)時的情況下，雖然解決了鍋爐爆炸的問題。但把鐵路運(yùn)輸速度提高，必然帶來出軌和軌道移位的風(fēng)險。

如果以年為單位，出軌是經(jīng)常發(fā)生的一種鐵路事故。即使在現(xiàn)在，出軌事故仍然不能完全杜絕。但像1981年印度比哈爾脫軌事故這樣傷亡800人的事故已很少發(fā)生（針對中國等鐵路強(qiáng)國而言，針對印度而言還是常態(tài)，印度每年死于火車事故人數(shù)超過15000人）。大部分脫軌發(fā)生在貨運(yùn)列車上，即使發(fā)生，也只是造成列車停運(yùn)的后果。而早期的火車，一旦發(fā)生脫軌，則往往車毀人亡，這是由于二者車輪的構(gòu)造不同造成的。

牛頓力學(xué)告訴我們物體在旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生一個向心力。而火車這樣的龐然大物，必然會產(chǎn)生更大的向心力。為了平衡這樣一種向心力，外側(cè)的軌道必須稍微墊高一些。顯然，我們不能保證每一時刻列車的向心力都能被墊高的軌道抵消。最理想的情況，應(yīng)當(dāng)是列車會根據(jù)軌道的狀況，自動的改變車體的傾角，以維持平衡。盡管聽上去很復(fù)雜，但工程師們想出了簡單的解決方法。

1789年，英國工程師威廉.杰瑟普發(fā)明了帶凸緣輪，在軌道維護(hù)正常的情況下，車輪內(nèi)側(cè)的凸緣和軌道接觸的位置會發(fā)生改變，這種措施有效防止了車輛脫軌。此外，工程師們還通過轉(zhuǎn)向架來幫助火車轉(zhuǎn)彎，同時借助轉(zhuǎn)彎時列車車身的傾斜和內(nèi)側(cè)車輪以及外側(cè)車輪不同的轉(zhuǎn)彎半徑實(shí)現(xiàn)火車轉(zhuǎn)彎。

正是在實(shí)踐中的各種發(fā)明創(chuàng)新，火車終于同時具備了載重量大、運(yùn)價低廉、安全可靠和運(yùn)輸平穩(wěn)的特點(diǎn)，獲得了第二水運(yùn)的美稱?？恐@一工具，文明終于開始向各個大陸深處蔓延擴(kuò)張。