впервые в мире по металлическим рельсам перемещались вагонетки, гружённые рудой. На этой же дороге К. Д. Фролов сделал первую попытку использовать для перемещения вагонеток механическую силу, применив колесо, вращаемое водой, систему лебедок и канатов.

В 1767 году Ричард Рейнольдс уложил на подъездных путях к шахтам и рудникам Колбрукдэйла стальные рельсы. Конечно, они отличались от современных: в сечении они имели форму латинской буквы U, ширина рельса была 11 см, длина 150 см. Рельсы пришивались к деревянному брусу жёлобом кверху. С переходом на чугунные рельсы стали делать и колёса у телег чугунными. Для передвижения вагонеток по рельсам использовалась мускульная сила человека или лошади.

В 1776 году английский изобретатель Джессон предложил делать колёса вагонеток с ребордой, которая предотвращала соскальзывание колёс с гладкой поверхности рельсов.

На Александровском (позже Онежском) чугуноплавильном и пушечном заводе в Петрозаводске под руководством инженера-строителя Аникиты Сергеевича Ярцева в 1788 году была сооружена чугунная дорога с канатной тягой длиной 175 м, рельсы которой имели уголковый профиль поперечного сечения. По их горизонтальным полкам катились колеса тележек, а вертикальные направляли их движение и не позволяли тележкам соскакивать в стороны. Ширина колеи этой дороги составляла 0,8 м, а сопротивление движению повозки уменьшилось в 12 раз по сравнению с ездой по обычной гужевой дороге.

Подобные «чугунки», так называли в то время первые рельсовые дороги, существовали и на других металлургических заводах. Таким образом, задолго до изобретения паровоза появился первый железнодорожный поезд, а развитие экономически выгодного и технически более совершенного рельсового транспорта в России продолжалось.

В 1789 году в Великобритании вместо плоских железных рельсов стали отливать рельсы с круглой головкой под углубление в ободе колёс длиной 1 м с утолщением посередине в виде «рыбьего брюха». В 1794 году там же была построена первая конно-железная дорога (конка), а в 1803 году в графстве Суррей близ Лондона началось движение пассажирских экипажей с конной тягой по первой в мире железной дороге общественного пользования.

Английский изобретатель Ричард Тревитик в 1803 году построил и испытал повозку с паровым двигателем — первый паровоз, приспособленный для движения по рельсовому пути. Он развивал скорость до 7 км/ч и мог везти состав весом в 7 т. В Лондоне в 1804 году была построена небольшая рельсовая дорога — первое «испытательное кольцо», на котором Р. Тревитик показывал свой паровоз, названный очевидцами «Лови меня, кто сможет».

В 1806–1809 годах горный инженер Петр Козьмич Фролов (сын К. Д. Фролова) на Змеино-горском руднике Колывано-Воскресенских заводов на Алтае построил чугунную рельсовую дорогу с конной тягой. Это уникальное инженерное сооружение длиной 1867 м с шириной колеи 1067 мм располагалось на местности со сложным рельефом. Предельный уклон железной дороги был принят 15 ‰, а при пересечении реки Карболиха был сооружен оригинальный мост-виадук на 20 каменных опорах, соединённых между собой заранее испытанными деревянными арками. Общее протяжение моста составляло 292 м, высота 11 м. Верхняя часть рельсов железнодорожного пути в поперечном сечении имела форму эллипса, а окружность поверхности катания колеса — аналогичную вогнутость, что способствовало более плавному движению вагонеток и удержанию колёс на рельсах.

П. К. Фролов применил элементы механизации трудоемких работ по погрузке и выгрузке руды. В начале дороги в выемке было устроено четыре бункера, объём каждого из них соответствовал объёму дорожной вагонетки, называвшейся в то время «таратайкой». Доставка руды к бункерам производилась по чугунной дороге в ящиках по 110 пудов каждый. Их дно открывалось механически, и груз пересыпался в вагонетки. Выгрузка руды также не представляла затруднений, поскольку путь был расположен над уровнем земли. Каждый поезд состоял из трёх-четырёх вагонеток, соединённых железными кольцами. Так появились первые прообразы конструкции вагонов, позволяющих механизировать трудоемкие погрузочно-разгрузочные операции, что актуально до настоящего времени.

Состав из трёх вагонеток тянула одна лошадь, перевозя за один день до 65 т руды, затрачивая на путь в оба конца полтора часа. Транспортировка такого же количества руды по грунтовой дороге требовала 25 лошадей. Руководство с удовлетворением отмечало, что на Змеиногорской дороге «выгода к перевозке руд против обыкновенной перевозки столь очевидна, что делает честь основателю оной».

Бурно развивающейся промышленности не хватало энергии, которую давали сила падающей воды, ветра и мускулы лошади. Технический прогресс, сама жизнь настоятельно требовали создания новых, более сильных двигателей, не зависящих от внешних условий. Такой двигатель дал человечеству горный мастер Иван Ползунов, родившийся в 1728 году в Екатеринбурге. Закончив заводскую школу, он работал в должности «механического ученика». Семнадцатилетним юношей Ползунов в 1745 году попадает на Алтай, на Колывано-Воскресенские заводы. Здесь, почувствовав требования производства, он решил «пресечь водное руководство» и задумал построить «огненную машину», которая была бы «способной по воле нашей, что будет потребной справлять».

Несколько лет упорного труда и изобретательских поисков дали результат — в 1763 году был готов проект уникальной паровой машины. За три года он совместно с двумя юношами-учениками построил первую в мире паровую машину. Она имела высоту с трёхэтажный дом. Для получения пара вода подогревалась в склепанном из медных листов котле. Через специальные распределительные устройства пар поступал в два трёхметровых цилиндра, поршни которых были соединены с коромыслами. Эти коромысла приводили в движение меха, нагнетавшие воздух в рудоплавильные печи, и водяные насосы, питающие водой котел. Так на Алтае появилась машина, которой в будущем было суждено стать неотъемлемой частью железных дорог.

Идея паровой машины зародилась и у англичанина Джеймса Уатта, когда он наблюдал за прыгающей крышкой кипящего горшка. Это наблюдение привело его к изобретению паровой машины, которая имела удивительную по тем временам мощность — 40 лошадиных сил. В ней были использованы новшества: применен конденсатор, сила давления пара осуществляла возвратное движение поршня, что увеличивало мощность двигателя.

Изобретение парового двигателя дало мощный толчок развитию транспорта. Так, в 1769 году французский артиллерийский офицер Жозеф Кюньо изобрел первую паровую повозку для передвижения тяжёлых орудий, а Ульям Мердок решил поставить на колёса двигатель Уатта.

В 1803 году Тревитик решил использовать свой автомобиль для замены конной тяги на рельсовых путях. Но конструкцию машины Тревитик изменил — он сделал паровоз. Его паровой автомобиль, скорость которого при движении с грохотом и чадом достигала 10 км/ч, пугал пешеходов. На двухосной раме с четырьмя колёсами находился паровой котел с одной паровой трубой внутри. В котле над паровой трубой горизонтально размещался рабочий цилиндр. Шток поршня далеко выдавался вперёд и поддерживался кронштейном. Движение поршня передавалось колёсам при помощи кривошипа и зубчатых колёс. Имелось и маховое колесо. Особенность автомобиля Тревитика заключалась в том, что он сделал огромные ведущие колёса, что позволило обеспечить скорость и плавность движения по