Uma caldeira de locomotiva é a parte central do motor de qualquer trem de locomotiva a vapor. Caldeiras semelhantes à caldeira de locomotiva, que também é chamada de caldeira de tubo de fogo, podem alimentar outras embarcações, incluindo navios. A caldeira de tubo de fogo, no entanto, é mais comumente identificada com locomotivas a vapor, usadas em todo o mundo desde o início do século XIX. As locomotivas a vapor ainda estão em uso no século 19, muitas vezes para viagens históricas ou inovadoras, apesar do surgimento de motores de locomotivas elétricas e a diesel mais modernas.
Os motores a vapor foram desenvolvidos pela primeira vez no final do século XVIII e no início do século XIX. O princípio da energia a vapor é que o vapor da água aquecida é uma forma de gás pressurizado. Dirigido de forma segura e adequada, esse gás pode gerar níveis enormes de energia. Uma locomotiva a vapor aplica essa energia para mover um trem por longas distâncias em alta velocidade. A caldeira da locomotiva é a parte mais importante do processo, criando o vapor e direcionando-o para movimentar as rodas da locomotiva.
Este tipo de caldeira consiste em uma série de tanques e tubos conectados, projetados para operar em temperaturas extremamente altas. Um tanque acessível chamado fornalha contém o combustível em chamas, geralmente carvão. Embora qualquer material combustível possa ser usado, o carvão é o combustível mais eficiente para esse tipo de motor. O combustível esgotado cai por uma grade no fundo da fornalha como cinzas para descarte posterior. O calor da fornalha viaja através de uma série de tubos grandes e pequenos até a frente da caldeira. Esses tubos são chamados de dutos ou tubos de incêndio, dando o nome à caldeira de tubo de incêndio.
Os tubos de incêndio passam por um tanque central cheio de água e o calor dos tubos converte a água em vapor. Em algumas versões da caldeira da locomotiva, esse vapor é aquecido novamente, tornando-o um vapor superaquecido, mais seguro e eficiente do que o vapor comum. Na natureza, esse vapor escaparia rápida e violentamente, mas a caldeira da locomotiva foi projetada para contê-lo com segurança e direcioná-lo para os cilindros e pistões da locomotiva. Estas, por sua vez, movimentam as hastes de engate da locomotiva, que são conectadas às rodas motrizes e colocam o trem em movimento.
Este processo complicado e potencialmente perigoso foi aperfeiçoado quando as locomotivas a vapor eram o principal meio de transporte terrestre. Com manutenção adequada, uma caldeira de locomotiva durará décadas, e muitas locomotivas a vapor do início do século 20 ainda estão em uso. A locomotiva a vapor desempenhou um papel fundamental em dezenas de filmes, desde o clássico mudo de Buster Keaton, O General, de 1927, até a comédia de viagem no tempo dos anos 1990 De Volta para o Futuro Parte III.