根據工作介質的利用
①單膨脹機車，蒸汽在汽缸內壹旦膨脹就排入大氣。該機車結構簡單，用途廣泛。
(2)復式膨脹機車，蒸汽在壹個或壹對汽缸(高壓缸)中膨脹做功後進入另壹個或另壹對汽缸(低壓缸)中，然後膨脹壹次才排入大氣。這種機車雖然熱效率較高，但結構較復雜，使用較少。
(3)冷凝式機車，廢氣進入安裝在煤水車後部的冷凝器冷凝成水，然後被抽入鍋爐重新利用，損失的水由煤水車的水補充。機車結構非常復雜，多用於缺水地區。(4)飽和蒸汽機車和過熱蒸汽機車，由於機車用過熱器是為了提高蒸汽溫度而創造的，汽輪機效率提高了很多，飽和蒸汽機車改造成了過熱蒸汽機車。
按氣缸位置分類
根據汽缸安裝位置，蒸汽機車可分為:
(1)外置氣缸機車，機車氣缸固定在車架兩側的外側，因維修方便，應用廣泛。
②內缸機車，機車的氣缸固定在車架內側，活動車軸做成曲軸，維修不便，很少使用。
③對於三缸機車，兩個氣缸固定在車架外側，第三個氣缸固定在車架中間。
按框架形式分類
蒸汽機車可以分為:
(1)板梁式框架機車，車架為板梁結構，車架較輕，在歐洲國家廣泛使用。
(2)桿梁式框架機車，車架為桿狀，廣泛用於厚鋼板或鑄鋼切割成型。
根據車架和動力裝置的組成。
就其構架和動力裝置的組成而言，蒸汽機車可分為:
①在常規機車中，只有壹個固定車架構成壹個動力單元(包括氣缸、動輪、連桿裝置和氣門裝置等。)並支撐鍋爐。
(2)鉸接式機車，除了壹個由固定車架組成的、支撐鍋爐後半部的動力單元外，還有壹個可旋轉的車架與後固定車架相連，形成另壹個動力單元，可滑動地支撐鍋爐前半部，起到轉向架的作用。
按水箱位置分類
根據水箱的安裝位置，蒸汽機車可分為:
(1)廣泛使用煤水車機車，其後部連接有專門用於機車長途行駛的煤水車。
(2)水箱式機車，機車鍋爐兩側各有壹個長方體水箱或馬鞍形水箱，煤炭存放在司機室後面的煤罐中。另壹種水箱機車是把水儲存在煤箱下部的水箱裏。水箱機車存煤水少。僅用於調車、短途運輸和工礦運輸。
按使用的燃料分類
蒸汽機車可以分為:
(1)燃煤蒸汽機車，在火箱內燃燒煙煤，是壹種廣泛使用的機車。
(2)燃油蒸汽機車，霧化鍋爐油在火箱內燃燒，用於無煤的產油區或有特殊要求的地方。
按原動機分類
蒸汽機車可以分為:
(1)過去，以復合蒸汽機為動力的蒸汽機車結構簡單，應用廣泛。蒸汽機車通常指這種機車。
②以汽輪機為動力的蒸汽機車稱為汽輪機車。渦輪轉速高，必須配減速箱，所以有電傳動和機械傳動兩種。排汽可以是冷凝的和非冷凝的。由於結構復雜、造價高、維護成本高、熱效率遠高於蒸汽機車，汽輪機車壹直沒有得到普及。