1、蒸汽机车必须具备锅炉、汽机和走行三个基本部分。 锅炉是燃料（一般是煤）燃烧将水加热使之蒸发为蒸汽，并贮存蒸汽的设备。它由火箱、锅胴和烟箱所组成。火箱位于锅炉的后部，是煤燃烧的地方，在内外火箱之间容纳着水和高压蒸汽。锅炉的中间部分是锅胴，内部横装大大小小的烟管，烟管外面贮存锅水。这样，烟管既能排出火箱内的燃气又能增加加热面积。燃气在烟管通过时，将热传给锅水或蒸汽，提高了锅炉的蒸发率。锅炉的前部是烟箱，它利用通风装置将燃气排出，并使空气由炉床下部进入火箱，达到诱导通风的目的。锅炉还安装有汽表、水表、安全阀、注水器等附属装置。 汽机是将蒸汽的热能转变为机械能的设备。它由汽室、汽缸、传动机构和配汽机构所组成。汽室与汽缸是两个相叠的圆筒，在机车的前端两侧各有一组。上部的汽室与下部的汽缸组合，通过进汽、排汽推动活塞往复运动。配汽机构是使汽阀按一定的规律进汽和排汽。传动机构则是通过活塞杆、十字头、摇杆、连杆等，把活塞的往复运动变成动轮的圆周运动。 蒸汽机车的走行部分包括轮对、轴箱和弹簧装置等部件。轮对分导轮、动轮、从轮三种。安装在机车前转向架上的小轮对叫导向轮对，机车前进时，它在前面引导，使机车顺利通过曲线。机车中部能产生牵引力的大轮对叫动轮。机车后转向架上的小轮对叫从轮，除了担负一部分重量外，当机车倒行时还能起导轮作用。轴箱和车辆的滑动轴承轴箱相类似，主要起润滑作用，防止车轴在高速运行时过热。弹簧装置的作用主要是缓和运行时的振动，减轻车轮对线路的冲击，另外还能把车架上部的重量平均分配给各个轮对。
2、蒸汽机车除了这三大部分外，还有将这三部分组成整体的车架，以及用来供应机车用煤用水的煤水车等。
3、蒸汽机车由锅炉、汽机、车架和走行部以及煤水车等组成。 锅炉，燃烧燃料和产生蒸汽的部件，包括火箱、锅胴和烟箱三部分。火箱由内火箱和外火箱两部分组成，内火箱底部是炉床，炉床下部有存放炉灰的灰箱。在锅胴内排列着不同数目的大烟管和小烟管，大烟管内套有使蒸汽干燥和加热的过热管。在内外火箱之间和锅胴内贮有锅炉用水，锅水覆没内火箱顶板和大小烟管，在锅水蒸发面上形成蒸汽空间。烟箱位于锅胴前部，内有烟筒、乏气喷口、反射板和火星网等通风装置。 燃料投入炉床，在火箱内与从灰箱风门进入的空气混合燃烧产生热能，热能通过内火箱板和大小烟管，传递给周围的锅水和过热管中的蒸汽，烟气进入烟箱，通过烟筒排出。高压高温蒸汽由锅炉最高处的蒸汽包经调整阀、干燥管、过热管和主蒸汽管等蒸汽通路进入汽机。
4、汽机将蒸汽的热能转变为机械能的部件。汽机连同机械部分包括汽室、汽缸、活塞（又称鞲鞴）、十字头、摇杆、连杆、阀动装置等部件。阀动装置是支配汽阀与活塞协调动作的配汽机构，用于调节进入汽缸的蒸汽量和实现机车的前进或后退。锅炉发生的高压高温过热蒸汽进入汽室后，通过阀动装置的配汽作用，进入汽缸，在汽缸内膨胀作功，推动活塞时，机械能经活塞杆、十字头、摇杆等机械部件传递给主动轮，再经连杆传递给其他动轮，通过轮轨接触，牵引列车。
5、车架和走行部 机车上锅炉、汽机等设备的安装基础。车架和走行部由车架、弹簧悬挂装置、动轮、导轮、从轮、轴箱、导轮转向架、从轮转向架和牵引装置等构成。锅炉、汽机等部件固装于车架上，经弹簧悬挂装置将重量由轴箱传至车轮，由钢轨支持。动轮把机械部传来的机械能转变为机车在轨道上的走行功。
6、煤水车 装载煤、水、油脂和存放工具等的车辆，挂在机车司机室后面。煤水车由煤槽和水柜两部分组成。大功率机车，由于单位时间的燃煤量大，在煤水车上装有推煤机和输煤机，将煤均匀地喷投到炉床各处。
7、热效率 蒸汽机车热效率很低，锅炉内燃料燃烧的热量只有一部分转变为蒸汽的热能，锅炉的效率一般为50%～80%。蒸汽在汽机内作功，汽机效率只有10%～15%。此外，在汽机到轮周的力的传递中，机械效率为80%～95%。因此蒸汽机车的最高热效率只有8%～9%，而且在车站停车，在机务段整备、停留等仍需消耗燃料，所以实际热效率只有5%～7%。
