Een stoomlocomotief bestaat eigenlijk uit twee hoofdonderdelen: de ketel die de stoom levert en de machine waarmee de wielen worden aangedreven. De ketel is een lang rond vat, gevuld met water. Deze ketel ligt bovenop de locomotief. Achter de ketel is het machinistenhuis waar de machinist en de stoker werken, beschermd tegen regen en wind. In dit machinistenhuis ligt ook de voorraad kolen die door de stoker in een kist gegooid worden. Deze kist is de vuurkist die achterin de ketel is ingebouwd. Door hitte van de brandende kolen in de vuurkist wordt het water in de ketel verwarmd. Voor extra hitte in de ketel liggen er vanuit de vuurkist een groot aantal pijpen door de ketel: zo kan ook via deze pijpen warmte aan het water worden afgegeven.
Zo werkt de locomotief:
Het water in de ketel wordt door het vuur van de kolen in de vuurkist heet en vormt stoom. Deze stoom oefent druk uit. Iets vergelijkbaars gebeurt thuis als je tijdens het koken niet tijdig de deksel van de pan haalt: de stoom zal de deksel steeds iets optillen en laten klepperen. In de locomotiefketel kan de stoom echter niet weg en zo bouwt de druk zich steeds meer op. De machinist kan een kraan/afsluiter bovenin de ketel bedienen, waardoor de stoom naar de cilinders onderaan voor op de locomotief stroomt. Deze cilinder is een soort holle buis waar een plaat in heen en weer geduwd wordt door toedoen van de druk van de stoom. Via de stangen aan de locomotief wordt deze heen- en weergaande beweging overgedragen aan de wielen, die daardoor gaan draaien. Als de stoom zijn werk heeft gedaan blaast deze hard vanuit de cilinders door de schoorsteen naar buiten. Dit is het bekende tsjoekende geluid dat een stoomtrein maakt. Door de kracht van dit hele proces wordt bovendien het vuur in de vuurkist aangezogen en aangewakkerd. Zo houdt de locomotief genoeg warmte en stoom om door te kunnen blijven rijden, zolang tenminste de stoker zijn werk doet en regelmatig kolen op het vuur gooit en niet vergeet de ketel met behulp van een pomp met water bij te vullen.