噴著煙霧行駛的蒸汽機車（SL）展現出強烈的魅力。提到SL的燃料，大多數人會聯想到煤炭。
在日本國內一般的SL中，透過燃燒煤炭來加熱水生成蒸汽，然後利用這些蒸汽驅動行駛。不過，只要能確保蒸汽，具體的方式並不拘泥於此。因此，在一些蒸汽機車中還使用了非煤炭的燃料來生成蒸汽。
除了煤炭之外，常用的燃料有薪柴、燈油和重油等。薪柴看來在森林鐵道中常被使用。重油在日本的國鐵當中也有採用，根據說這樣可以增加輸出並減少煙塵。基本上是煤炭和重油的混合使用，但C59型的其中一輛則是專門改造為僅使用重油作為燃料。目前在本線上可以行駛的機動保存機車中，JR西日本的C57型1號機、JR東日本的D51型498號機、C57型180號機、C61型20號機、C58型239號機，以及秩父鐵道的C58型363號機，都配備了重油槽。
儘管在本線上幾乎不會使用，但也有機車可以將外部產生的蒸汽吸入儲存，用於行駛。「無火機車」這種類型主要活躍於工廠等地方，因為那裡的火花可能造成致命的損害。類似的方式還有在車上搭載壓縮機來代替蒸汽使用的機車。這是在真岡鐵道的「SLキューロク館」或若桜鐵道若桜站等，超短距離行駛的保存車輛，作為降低成本和保存可運行車輛的方案而被採用。
在瑞士，曾存在著「搭載受電弓的蒸汽機車」。這是一種透過電力將水加熱以生成蒸汽的車輛。二戰期間，雖然煤炭短缺，但電力相對充足，因此改造現有的蒸汽機車進行製造。這種在戰時特殊環境下誕生的車輛，雖然在一般情況下生產電車（電力機車）要更為高效，但作為實用化車輛，卻顯得異常稀少。
此外，還曾構想到「核能機車」。核能發電是利用核裂變時產生的熱來加熱水生成蒸汽，並進而推動渦輪發電。它在「加熱水生成蒸汽」這一點上與煤燒蒸汽機車並無二致。因此在1950至60年代的先進國家，如同核子船（核動力航空母艦或蘇聯的破冰船等已實用化）及核能飛機（這項計畫被放棄）一樣，對於將核能應用於鐵道的研究也在推進。
這項開發的推進者有美國、蘇聯和西德等國。日本方面，國鐵的鐵道技術研究所也提出了「AH100」這一核能機車的構想。根據1957年10月國鐵鐵道技術研究所發布的《鐵道技術研究資料》（「核能機車」 横堀進・久我修），這項構想仍屬於桌面研究，參考其他國家案例來評估性能和燃油效率。而該文獻的結尾則表示，當時的技術水平尚無法解決諸多課題，必須釐清究竟是走向核能機車還是核能發電的道路。最終在日本，鐵道的現代化是通過電化（也借助了核電廠的力量）來進行，核能機車並未受到重視。在國外，這類機車也僅止於計畫階段。
未來的新燃料也曾進行過實證實驗。東武鐵道計劃從2024年1月起，展開持續約一年的實驗，以「SL大樹」的燃料改為生物燃料。這項計畫是利用木屑、蕎麥殼、樹皮、咖啡渣等植物來源的廢棄物，製作「生物焦炭」作為SL的燃料。
該公司表示，除了進行檢查、維修和施工的日子外，機車的鍋爐火焰將始終保持，因此每年使用約160噸的煤炭。在這160噸煤炭中，若能將40%的煤炭替換為生物焦炭，則可減少每年150噸的CO2排放。雖然強烈的煙霧是蒸汽機車的代表，但近年來環保措施也變得重要。為了保留這一重要的機會遺產，蒸汽機車似乎也需要進行SDGs的對策。