Vào cuối thế kỷ 18, máy hơi nước đã tiến triển tới giai đoạn được dùng vào nhiều mục đích khác hơn là chỉ dùng trong việc bơm nước từ các mỏ than. Nhưng máy hơi nước vẫn còn là một bộ máy nặng nề, cồng kềnh, chưa thích hợp với các xe chạy trên đường lộ mà chỉ tiện dụng đối với các loại tầu thủy bởi vì trên đó trọng lượng và khuôn khổ của máy không là yếu tố trở ngại.

Những áp dụng đầu tiên của máy hơi nước vào việc chuyển vận trên đường lộ là loại xe kỳ dị, không phải là xe lửa mà cũng chẳng phải xe hơi, đó là loại xe được cải tiến dần dần để chạy trên các con đường sắt.

Vào năm 1769, Nicolas Cugnot, một kỹ sư trong quân đội Pháp, là người đầu tiên đã hoàn thành được một chiếc xe tự động. Đó là một thứ xe kéo có 3 bánh và dùng hơi nước. Tại phía trước chiếc bánh xe đơn độc và cũng là bánh xe lái, có đặt một nồi tròn bằng đồng và hơi nước bốc ra từ đây. Rồi hơi nước được dẫn vào hai xy lanh và hai pít tông tác dụng vào hai bên bánh xe lái. Trong chuyến chạy thử, xe Cugnot đã chở được 4 hành khách và chạy với vận tốc 6 dậm một giờ.

Một người tiền phong nữa trong ngành xe tự động có tên là William Symington, thợ máy gốc Tô Cách Lan. Symington đã chế tạo được một xe 4 bánh chạy bằng hơi nước. Chiếc xe này trông giống như một đầu xe lửa chạy giật lùi vì nó gồm có phần hành khách ngồi tại phía trước tài xế và phía sau là nồi nước với ống khói. Hơi nước được truyền vào hai xy lanh đặt nằm ngang tại hai bên nồi nước và cần pít tông được liên hợp với các răng của bánh xe đằng sau.

Năm 1786, một nhà phát minh khác người Tô Cách Lan tên là William Murdock, nhờ sửa chữa các máy hơi nước mà có nhiều kinh nghiệm về loại máy móc này. Murdock đã chế ra một xe 3 bánh chạy bằng hơi nước. Nhưng sự tiến bộ về xe tự động thực ra là nhờ các công lao của Richard Trevithick, một người thợ chuyên về máy hơi nước tại mỏ Cornwall. Sau khi đã thử nhiều loại máy hơi nước và thay vì lắp chiếc máy vào loại xe ngựa thông thường, Trevithick lại đóng riêng một sườn xe thích hợp với chiếc máy hơi nước này. Trevithick đã chế tạo được một chiếc xe lửa, cho xe chạy thử vào đêm hôm trước Lễ Giáng Sinh năm 1801. Trevithick là người đầu tiên làm ra xe lửa dùng máy hơi nước chạy trên quốc lộ tại nước Anh. Trong các năm kế tiếp, Trevithick đã đóng nhiều loại xe và vào năm 1804, một xe lửa của Trevithick gồm 5 toa, chở được 9 tấn sắt, 70 người và chạy được 15 cây số (9.5 dậm). Như vậy đây là thành công đầu tiên về đầu máy xe lửa trên thế giới.

Tại Hoa Kỳ vào cuối thế kỷ 18, nhiều nhà phát minh đã nghĩ về loại xe dùng sức của hơi nước. Nathan Read đã lấy bằng phát minh vào năm 1788 về một nồi đun hình trụ và loại nồi nước này đã được nhiều người lấy mẫu. Read cũng chế tạo được một xe chạy hơi nước và đã cầu chứng.

Một nhà phát minh người Mỹ khác cũng quan tâm tới năng lực của hơi nước là Oliver Evans, người sửa chữa bánh xe tại Philadelphia. Evans đã nhìn thấy khả năng của loại xe dùng sức mạnh của hơi nước. Vào năm 1787, Evans xin tiểu bang Maryland cho độc quyền chế tạo và khai thác xe chạy bằng hơi nước. 13 năm sau, Evans chế tạo được một bộ máy hơi nước và đã dự định đem áp dụng vào loại xe chạy trên đường lộ nhưng Evans bị quần chúng phản đối nên đã bỏ qua ý tưởng này. Khi bênh vực kế hoạch của mình, Evans đã tiên đoán như sau: "Sẽ đến một ngày, dân chúng từ tỉnh nọ sang tỉnh kia bằng các toa tầu chuyển vận do hơi nước mà cũng nhanh như chim bay, tức là từ 15 tới 20 dậm một giờ. Trên loại xe này khởi hành từ Washington vào ban sáng, hành khách sẽ dùng điểm tâm tại Baltimore, ăn cơm trưa tại Philadelphia và trong cùng một ngày, dùng cơm chiều tại New York". Vào năm 1804, khi mọi người tưởng rằng Evans đã quên các giấc mộng "điên khùng" thì nhà phát minh bướng bỉnh này lại sản xuất ra được một thứ sà lan (scow) bên dưới có các bánh xe và dùng một máy hơi nước đẩy xe.

Tới khi nhiều loại xe cộ dùng năng lực hơi nước đã chuyển vận được thì nhiều nhà phát minh quay về cải tiến dần dần loại xe chuyển chở mới này. Các xe đầu tiên không có gì khác hơn là các xe ngựa được lắp máy hơi nước, chúng trở thành những "xe lửa" đầu tiên, vừa to lớn, vừa thô kệch và nguy hiểm, khiến cho dư luận dân chúng không muốn loại xe cộ này chạy trên quốc lộ. Các nhà chế tạo xe dùng hơi nước liền nghĩ tới việc thiết lập những con đường riêng, như vậy họ tránh được sự phản đối của các người dùng đường lộ và lại được tự do hoàn toàn. Sự tiến triển này khiến cho đường rầy xe lửa ra đời.