Uma caixa de fumaça é um componente do sistema de propulsão de uma locomotiva a vapor. É essencialmente o sistema de exaustão da locomotiva, pois é responsável por coletar os subprodutos da fumaça do carvão queimado e liberá-los por uma chaminé na atmosfera. A caixa de fumaça é geralmente montada no nariz do trem, logo abaixo da chaminé, e pode ou não conter um sistema de soprador que ajuda a coletar a fumaça e empurrá-la para dentro e para fora da caixa. O tubo de explosão está dentro da caixa e esse componente impulsiona o escapamento para fora pela chaminé.
A fumaça da fornalha na locomotiva passa por tubos, que aquecem a caldeira de água no motor da locomotiva. Esse aquecimento produz o vapor que é usado para impulsionar a locomotiva para a frente. Uma vez que a fumaça passa pelos canos para aquecer a água, a fumaça entra na caixa de fumaça para propulsão para cima e para fora da locomotiva. O sistema de sopro ajuda a impulsionar a fumaça da fornalha e também ajuda a ventilar o fogo, deixando-o ainda mais quente. Assim que a fumaça chega à caixa de fumaça, os gases e a fumaça saem da locomotiva, evitando o superaquecimento e também a falha do sistema.
O tubo de explosão também é montado dentro da caixa de fumaça. Este tubo de explosão coleta o escapamento dos cilindros de vapor que impulsionam a locomotiva e empurra o escapamento pela caixa de fumaça e para fora da chaminé. Na maioria das vezes, é montado diretamente abaixo da chaminé para promover o escape rápido do escapamento. O som característico de um motor de locomotiva a vapor é devido ao escapamento de escape pelo tubo de explosão e na caixa de fumaça.
As caixas de fumaça costumam ser articuladas ou removíveis de outra forma para permitir que um funcionário da manutenção abra a caixa para limpeza e manutenção. Essa é a única maneira de acessar alguns dos componentes internos, caso surja algum problema. Além do tubo de explosão e outros tubos de ventilação, alguns trens apresentam o cabeçalho de um elemento conhecido como superaquecedor, que converte o vapor úmido em vapor seco para melhor propulsão e eficiência. O vapor seco se expande mais rapidamente do que o vapor úmido, então as propriedades de propulsão são muito maiores; o superaquecedor usa uma série de coletores e tubos para fazer a conversão, tornando o processo geral de produção de vapor mais eficiente. Muitas vezes, quando é necessária a manutenção do superaquecedor, ele é acessado pela caixa de fumaça. O acúmulo de cinza pode afetar a eficiência de todos os componentes dentro da caixa, por isso às vezes precisa ser limpo para melhorar o funcionamento.