Auch als Seitenstange bekannt, wird eine Koppelstange verwendet, um die Antriebsräder einer Lokomotive miteinander zu verbinden. Kupplungsstangen finden sich am häufigsten bei Dampflokomotiven, bei denen die Kraft auf mehrere Antriebsräder übertragen werden muss. Dampflokomotiven haben zwei Kolben, mit einem auf jeder Seite der Lokomotive. Da es für jede Antriebsradreihe nur einen Kolben gibt, liefert der Kolben nur die Kraft direkt an eines der vielen Antriebsräder. Koppelstangen helfen, diese Kraft auf alle Antriebsräder zu verteilen und zu übertragen.
Die erste Lokomotive mit Koppelstange war die Locomotion No. 1, die 1825 von Robert Stephenson and Company gebaut wurde. Die Lokomotive selbst bestand aus einer Balkendampfmaschine, wobei eine Koppelstange verwendet wurde, um die Balkenmaschine mit ihren Antriebsrädern zu verbinden. Dies war damals ein großer Fortschritt in der Lokomotivtechnik, da die meisten Lokomotiven Ketten zur Kraftübertragung verwendeten. In den 1930er Jahren erlebten Koppelstangen einen weiteren Fortschritt, als Wälzlager zur Reduzierung der Reibung eingesetzt wurden.
Koppelstangen spielen eine sehr ähnliche Rolle wie eine Pleuelstange, die in den meisten Hubkolbenmotoren zu finden ist. Der Teil des Rads, an dem die Koppelstange mit dem Rad selbst verbunden ist, ist außermittig, was eine exzentrische Bewegung erzeugt. Diese exzentrische Bewegung ist notwendig, um alle anderen Räder des Systems zu drehen, da im Totpunkt jedes Rades verbundene Koppelstangen keine Kraft übertragen könnten. Aufgrund der Kraftübertragung vom Kolben der Lokomotive auf Räder und Kuppelstange sind fast alle Lokomotivräder mit Gegengewichten ausgestattet. Diese sind denen einer Kurbelwelle sehr ähnlich, bei der die durch die exzentrische Bewegung einer Pleuelstange erzeugten Schwingungen durch ein Gewicht auf der gegenüberliegenden Seite der Kurbel ausgeglichen und reguliert werden.
Einer der Nachteile von Lokomotiven, die Koppelstangen zur Kraftübertragung verwenden, ist ein Ungleichgewicht des Schwungs. Die Kolben, Ventiltriebe und Pleuel, die die Räder antreiben, haben fast immer eine horizontale Bewegung. Da sich die Koppelstange bei der Drehung des Rades sowohl horizontal als auch vertikal bewegt, ist der Schwung aus dem Gleichgewicht geraten. Gegengewichte helfen zwar, die Schwere des Ungleichgewichts zu verringern, es kann jedoch nicht vollständig beseitigt werden. Dies kann zu einem sogenannten „Hammern“ führen, bei dem der unglaubliche Schwung der Aufwärtsbewegung der Räder dazu führen kann, dass die Lokomotive kurzzeitig vom Schienenkopf springt.