Rys. (1). Parowóz. Widok z zewnątrz.

Rys. (2). Przekrój parowozu.

Zasada działania parowozu
Parowóz jest pojazdem, który porusza się dzięki temu, że energia zawarta w węglu (rzadziej oleju) i tlenie atmosferycznym jest zamieniana na energię kinetyczną. Niestety nie bezpośrednio. Spalanie węgla jest reakcją egzotermiczną. W parowozie proces ten zachodzi na ruszcie skrzyni ogniowej, na który palacz sypie węgiel. Podczas spalania węgla powstaje gorący dwutlenek węgla i inne gazy spalinowe oraz popół, który opada do popielnika (gdyż węgiel kamienny używany jako paliwo nie jest czystym pierwiastkiem chemicznym węglem). Gorące gazy wędrują przez rury ogniowe kotła do dymnicy i stamtąd uchodzą przez komin do atmosfery. Po drodze jednak oddają dużą część zawartego w nich ciepła wodzie wypełniającej kocioł i otaczającej rury ogniowe.

Podgrzana woda wrze i zamienia się w parę, która gromadzi się nad powierzchnią wody w kotle, im cieplejsza, tym wyżej. Najcieplejsza para wypełnia zbieralnik pary (w postaci kopuły nabudowanej na kotle) znajdujący się w najwyższej części kotła. Od zbieralnika odchodzi rura parowlotowa: główny przewód pary. Wlot do tej rury od strony zbieralnika jest zamknięty zaworem: przepustnicą. Maszynista może ją otwierać i zamykać za pomocą cięgła przepustnicy, którego koniec znajduje się w budce. W ten sposób reguluje ilość pary dostarczanej w danym momencie do silnika. Jest to odpowiednik pedału gazu w samochodzie.

W parowozach na parę przegrzaną po drodze do silnika para przechodzi przez przegrzewacz, gdzie jest dodatkowo podgrzewana, w parowozach na parę nasyconą ze zbieralnika trafia wprost do silnika.

Silnik parowozu składa się z zaworów zamykających dopływ i odpływ pary do i z cylindrów oraz z samych cylindrów z tłokami. Pracą zaworów steruje stawidło, czyli mechanizm rozrządu pary. Jest ono poprzez drąg stawidłowy połączone z budką, w której maszynista reguluje jego położenie co ma wpływ na kierunek jazdy parowozu i moc silnika. Można powiedzieć, że rola stawidła jest podobna do roli skrzyni biegów w samochodzie, choć zasada jego działania jest zupełnie inna.

Para, która dostaje się do cylindra ma ciśnienie większe od atmosferycznego i jest wpuszczana do cylindra przez zawór z jednej strony tłoka, podczas gdy zawór z drugiej strony tłoka łączy cylinder z dyszą znajdującą się w dymnicy, gdzie panuje ciśnienie atmosferyczne. Z jednej strony tłoka panuje więc ciśnienie wyższe niż z drugiej. Powoduje to przesuwanie tłoka z równoczesnym rozprężaniem pary i jej ochładzaniem. Z kolei tłok, poprzez tłoczysko, na końcu którego znajduje się przegub zwany krzyżulcem połączony jest z korbą. Drugi koniec korby, znowu za pomocą przegubu, połączony jest mimośrodowo z jednym z kół napędnych parowozu, które nosi nazwę koła silnikowego (z powodu jego bezpośredniego połączenia z silnikiem). To koło z kolei jest mimośrodowo połączone z innymi kołami napędnymi za pomocą belek poziomych zwanych wiązarami. Spowodowany ruchem tłoka obrót koła silnikowego powoduje więc równoczesny obrót wszystkich kół napędnych parowozu.

Gdy tłok zostanie przesunięty do końca cylindra zawór znajdujący się po tej stronie doprowadza tam parę z przewodu głównego, zaś za tłokiem zawór otwiera drogę zużytej parze do dymnicy i tłok przesuwa się w przeciwnym kierunku tym razem ciągnąc poprzez tłoczysko korbę, a przez nią koła napędne. Jak dojdzie do końca cylindra cykl się powtarza (patrz animacja, 261 kB).

Tarcie obracanych kół napędnych o szyny powoduje ruch parowozu. Tarcie to zależy od siły nacisku kół na szyny, a ta z kolei od rozłożenia masy parowozu i ilości kół napędnych. Część całkowitej masy parowozu przypadająca na koła napędne nazywa się masą przyczepną lub napędną. Jeśli tarcie jest zbyt małe, koła obracają się w miejscu czyli rolują. Można temu chwilowo zaradzić zwiększając współczynnik tarcia poprzez posypanie szyn piaskiem. Do tego celu służy pisecznica, czyli zbiornik z piaskiem znajdujący się na szczycie kotła, od którego piasek wąskimi rurkami pod własnym ciężarem lub pneumatycznie doprowadzany jest przed (i za - gdyż czasem trzeba jechać do tyłu) koła napędne. Oczywiście wypływem piasku steruje z budki maszynista za pomocą cięgła - w przypadku pisecznicy grawitacyjnej, albo kurka - w przypadku piasecznicy pneumatycznej. Tej metody chwilowego zwiększania tarcia używa się głównie podczas ruszania z ciężkim składem i na stromych podjazdach.

Chcąc uzyskać coraz to większe masy przyczepne aby zwiększyć uciąg parowozu stosowano różne układy osi kół parowozów. Na początku była tylko jedna oś napędna i w miarę rozwoju techniki parowozowej ilość osi napędnych rosła. Największe, trójczłonowe parowozy miały tych osi dwanaście.