La paroi arrière de la boîte à feu présente une découpe, l'ouverture du foyer, dans laquelle la porte du foyer se trouve. Il y a plusieurs types de portes de foyer : portes coulissantes, portes ouvrant vers l'extérieur autour d'un axe vertical et portes battantes à vantail ou vantaux ouvrant vers l'intérieur. La porte est munie d'une contre-porte qui la préserve de l'action du feu. Une garniture en fonte ou en fer, dite pare-ringard, recouvre la rivure du cadre de la porte et la préserve du choc des outils.
L'avantage principal de la porte battante ouvrant vers l'intérieur est qu'elle se referme sous l'effet de l'augmentation soudaine de la pression dans le foyer, comme par exemple dans le cas de la rupture d'un tube bouilleur ou de surchauffe; la porte tournante est de son côté conçue pour ne pas gêner le chauffeur dans l'alimentation du feu ou le travail avec les outils à feu.
Les portes pivotantes ou coulissantes équipent les anciennes Länderlokomotiven. La plupart des Länderlokomotiven et des locomotives unifiées construites dès 1925 sont équipées de portes battantes, commandées au moyen d'un levier à contre-poids maintenues fermées, ouvertes ou entrouvertes (pour le travail du feu) par des cliquets. A côté de la porte, on trouve dans le cadre de porte des canaux permettant à l'air de pénétrer dans le foyer lorsque la porte est fermée (combustion supérieure). Sur les locomotives unifiées construites après 1950, on utilise une porte battante simplifiée, où les canaux d'air latéraux ont disparu au profit d'un regard au-dessus de la porte du foyer, par lequel le feu peut être observé.

Le foyer est une chambre en forme de coffre à l'intérieur de la chaudière verticale et se compose dans les anciennes constructions de trois parties : le manteau, la plaque tubulaire et la plaque arrière du foyer. Le ciel de foyer est incliné vers l'arrière, de sorte qu'il reste recouvert en palier, même avec un niveau d'eau bas; on ne trouve des ciels de foyers de niveau que sur quelques Länderlokomotiven. Le foyer est relié à la boîte à feu (chaudière verticale) au moyen d'entretoises de manière qu'il soit entouré d'eau. La chambre à eau est maintenue éloignée, ainsi la vapeur générée peut facilement circuler vers le haut et l'eau vaporisée être renouvelée sans entrave. La partie inférieure du foyer est formée par la grille fixée au cadre de foyer, sous laquelle le cendrier est rapporté. Pour détourner et augmenter le rendement des gaz de combustion, on trouve dans la partie avant une voûte en pierre réfractaire. La plaque arrière du foyer est pourvue d'une ouverture et d'une porte de foyer. Les foyers des nouvelles chaudières sont agrandis par un retrait de la plaque tubulaire formant une chambre de combustion.

La grille, la terminaison inférieure du foyer, sert à recevoir le lit de combustible. Elle se compose de barreaux de grille isolés, accolés les uns aux autres, qui reposent librement sur des sommiers de grille disposés en travers du foyer. Les sommiers de grille reposent sur des supports fixés au cadre de foyer.
Les barreaux de grille en fonte sont formés de manière à laisser un espace déterminé entre chacun d'eux (14 mm de large) et amincis vers le bas pour éviter que les fragments qui s'engagent dans les intervalles ne se coincent. Ils sont parfois coulés en blocs de plusieurs lames ou rivés par deux et ne doivent en outre pas buter contre les parois du foyer, parce que leur dilatation les ferait plier ou écarterait les parois. La somme de ces espaces forme le section de passage d'air de la surface de grille. Elle représente sur les chaudières de locomotives équipées pour la chauffe au charbon (houille grasse, flambant sec …) 43 % de la surface totale de grille. Sur les longs foyers, la grille est composée de plusieurs champs, dont un est construit sous forme de grille basculante. Cette grille basculante peut être commandée depuis la cabine de conduite au moyen d'une vis afin de s'incliner en bas vers le cendrier. L'ouverture ainsi libérée permet de débarrasser facilement la grille des résidus de combustion (cendres et mâchefers).

Afin d'éviter l'empâtement des barreaux par les mâchefers, on emploie des grilles à secousses, ou oscillantes. La grille comprend deux groupes mobiles, commandés chacun par des tringles aboutissant à la plate-forme du personnel. Trois rangs de barreaux fixes encadrent ces deux groupes. Ces grilles, qui ne s'encrassent pas, permettent de longues étapes, et se prêtent à l'emploi de combustibles contenant une forte proportion de matières stériles. Elles facilitent la vidange du foyer à la rentrée au dépôt. Leur section de passage d'air représente environ 33 % alors que sur les grilles fixes, elle est en général de 50 % (en France). Les chemins de fer polonais ont équipé pratiquement toutes leurs machines de telles grilles.

Sous la grille, on trouve le cendrier qui récupère les scories tombant au-travers des espaces de la grille durant la marche ou qui y sont évacuées lors du nettoyage de la grille. Le cendrier est composé de tôles rivées ou soudées ensembles et fixées au cadre de foyer par des clavettes insérées dans les fentes de tiges filetées. Devant et derrière, parfois sur les côtés, se trouvent les clapets de cendrier, par lesquels on peut régler le tirage du feu. Au fond du cendrier se trouvent plusieurs clapets de vidange, commandés de la cabine de conduite au moyen d'une commande unique. Des tuyaux percés de trous de faible diamètre servent à arroser les résidus incandescents pour les éteindre. On doit éviter l'accumulation des cendres dans les cendriers, sinon le passage de l'air est gêné et les escarbilles chaudes brûlent les barreaux.

Les machines à vapeur saturée ne disposent pour augmenter leur surface de chauffe que de tubes bouilleurs, dont le diamètre est déterminé par surface de chauffe à apporter, mais qui ne peuvent cependant pas être trop petits, sans quoi la résistance au passage des gaz de combustion serait trop importante.
Les machines à vapeur surchauffée reçoivent pour la surchauffe de la vapeur, en plus des tubes bouilleurs, encore des tubes à fumée, dans lesquels les serpentins de surchauffe s'insèrent.

La vapeur saturée ne peut être transformée en vapeur surchauffée que lorsqu'elle n'est plus en contact avec le liquide duquel elle est issue. L'installation de surchauffe doit être conçue de telle sorte que la vapeur ne l'atteigne qu'après avoir quitté le réservoir de vapeur dans la chaudière. Le dispositif de surchauffe des locomotive à surchauffe se compose du collecteur de vapeur saturée, des serpentins de surchauffe dans les tubes à fumée et du collecteur de vapeur surchauffée. La vapeur traverse le surchauffeur dans cet ordre. La liaison entre la chaudière et le collecteur de surchauffe est réalisée par le tuyau du régulateur. Du collecteur de vapeur surchauffée, les tuyaux d'admission conduisent la vapeur surchauffée aux cylindres.

La partie avant de la chaudière est formée par la boîte à fumée. Par l'action de l'installation de tirage, les fumées y sont concentrées et expulsée par la cheminée. La boîte à fumée est essentiellement composée de la plaque tubulaire de boîte à fumée, de la paroi de porte et de la porte de boîte à fumée et reliée au corps cylindrique (chaudière longitudinale) par rivure ou soudure.
Dans la boîte à fumée se trouvent la tuyère d'échappement, les Tuyaux d'admission de vapeur, le souffleur, le pare-escarbilles (pare-étincelles) et, sur les locomotives surchauffées, le collecteur de surchauffe, réuni sur les locomotives unifiées construites dès 1950 avec le régulateur de vapeur surchauffée. Durant la marche, les particules incandescentes (cendres) se déposent dans la boîte à fumée et doivent de temps à autre être éteintes par arrosage d'eau; c'est pourquoi on trouve dans la boîte à fumée un tuyau d'arrosage. Le fond de la boîte à fumée est protégé par du ciment coulé et avec des tôles de protection faciles à changer.
Pour l'écoulement de l'eau lors du lavage de la chaudière, le fond de la boîte à fumée est muni d'un dispositif de vidange qui doit être fermé durant la marche par un bouchon vissé. Sur les nouvelles chaudières, une niche devant la cheminée accueille le réchauffeur d'eau à surfaces (autour de la cheminée pour le réchauffeur d'eau par mélange).

La cheminée est légèrement conique. Elle est généralement en fonte et s'appuie par une base évasé sur le manteau de la boîte à fumée dans laquelle elle pénètre profondément; sa partie inférieure est munie d'un col qui favorise l'aspiration des fumées.

Dans la boîte à fumée se trouve entre la tuyère d'échappement et la cheminée un pare-escarbilles (pare-étincelles) cylindrique en treillis à mailles de 6 mm. Le tirage entraîne des particules incandescentes de charbon de la grille dans la boîte à fumée. Pour éviter la projection de plus grosses escarbilles, qui génèrent un plus gros risque d'incendie, par la cheminée, on ferme l'embouchure de la cheminée côté boîte à fumée par un pare-escarbilles. Les plus grosses escarbilles sont retenues par ce dernier de manière qu'elles tombent au fond de la boîte à fumée ou qu'elles se réduisent en petites particules vite éteintes suite au choc contre le pare-escarbilles. Le pare-escarbilles peut se balancer légèrement autour de la tuyère d'échappement; les secousses durant la marche font qu'il se nettoie ainsi continuellement tout seul.

Le dôme de vapeur est posé sur le sommet du corps cylindrique; de l'extérieur, on ne voit que son couvercle. Le dôme de vapeur sert à prendre la vapeur formée le plus haut possible au-dessus du niveau de l'eau de la chaudière. C'est là qu'on a la meilleure garantie d'obtenir de la vapeur sèche pour l'usage. Les particules d'eau entraînées par le phénomène vivant de la production de vapeur n'atteignent que rarement cette partie élevée de la chaudière. Dans le dôme de vapeur, elles sont encore détournée de l'entrée du régulateur par des tôles de retenue. Le dôme des locomotives unifiées produites dès 1950 renferme le robinet d'isolement du tuyau de régulateur (appelé aussi robinet d'isolement auxiliaire), celui des locomotives à vapeur saturée et des anciennes locomotives à vapeur surchauffée renferme ici le régulateur de vapeur saturée réglant le débit de vapeur vers la machine à vapeur. Pour les locomotives à vapeur saturée, des tuyaux de prise de vapeur partent encore du dôme de vapeur pour les appareils auxiliaires de la chaudière et de la locomotive, comme par exemple la pompe d'alimentation, l'injecteur, le souffleur, la pompe à air, plus loin le sifflet à vapeur et les Installations de chauffage.

Le mécanicien et le chauffeur desservent la locomotive depuis la cabine de conduite, construite derrière la boîte à feu (chaudière verticale). La cabine de conduite des anciennes locomotives à tender séparé est en général ouverte à l'arrière, sur les locomotives tender et les locomotives de construction récente, elle est entièrement fermée. Les parois sont formées de tôles d'une épaisseur de 3 à 4 mm et sont doublées de bois; elles reposent principalement sur des supports fixés sur les côtés du cadre. La paroi avant de la cabine de conduite s'appuie en outre sur la boîte à feu (chaudière verticale), mais elle n'est pas reliée avec son enveloppe qui suit les dilatations de la chaudière. Le plancher de la cabine de conduite est en bois et est protégé devant la porte de foyer par un habillage de tôle. Sur les locomotives tender, la paroi arrière de la cabine de conduite sert de séparation avec la soute à charbon placée à l'arrière. Dans la partie supérieure de la paroi arrière, on trouve la plupart du temps des portes permettant de tirer le charbon vers l'avant lorsque les réserves s'amenuisent. Dans la partie inférieure se trouve l'ouverture de prise du charbon, qui peut également être fermée par des portes.

Le moteur à vapeur se compose du cylindre à vapeur et de la boîte à tiroir dans lesquels se déplacent le piston et le tiroir de distribution. Le tiroir de distribution dirige la vapeur alternativement vers l'une ou l'autre des faces du piston puis laisse échapper la vapeur utilisée, provoquant le mouvement du piston. Le piston est relié par la tige de piston à la crosse qui, par l'intermédiaire de la bielle motrice transforme le mouvement de va et vient en un mouvement circulaire.

Le tiroir de distribution cylindrique, parfois simplement nommé tiroir, est la pièce centrale de la distribution intérieure. Les mouvements du tiroir de distribution cylindrique dans la boîte à tiroir ouvre les canaux d'admission et d'échappement de vapeur du tiroir de manière que la vapeur vive soit dirigée en fonction de la position du piston alternativement vers la partie avant ou arrière du cylindre. La vapeur d'échappement est amenée à l'air libre par l'échappement.
Tiroir de distribution cylindrique Les deux corps du tiroir de distribution cylindrique sont fixés sur la tige de tiroirs. Les corps de tiroir sont serrés par des écrous contre des épaulements de la tige et assurés contre la rotation au moyen de clavettes. Les parois des corps de tiroirs sont minces afin de réduire les masses en mouvement. Le diamètre des corps de tiroir est un peu plus petit que celui de la boîte à tiroir dans laquelle ils bougent. Pour assurer l'étanchéité, on utilise des segments de tiroirs de distribution cylindriques en fonte élastique.

Si la vapeur vient de l'extérieur dans les canaux de vapeur, on parle de tiroir de distribution à admission extérieure. Les tiges d'entraînement du tiroir de distribution cylindrique (tiges de tiroir) doivent dans ce cas être bien étanchéisées à leurs points de passage à travers les parois de la boîte à tiroir pour ne pas perdre de vapeur.

En principe, on utilise des tiroirs de distribution cylindriques avec admission intérieure, dans lesquels la vapeur entre par l'ouverture intérieure. Sur les locomotives à double expansion, pour l'acheminement de la vapeur de la sortie des cylindres haute pression à l'entrée de vapeur des cylindres basse pression une combinaison d'admission intérieure et extérieure. Le tiroir de distribution du cylindre haute pression travaille avec une admission intérieure, le cylindre basse pression avec une admission extérieure.

L'illustration suivante montre de manière très simplifiée le fonctionnement d'un tiroir de distribution cylindrique à admission intérieure. En position médiane (a) du tiroir, tous les canaux de vapeur sont fermés. Au point mort gauche du piston (b), le canal gauche doit déjà être ouvert par l'admission anticipée linéaire v, et il doit, si le piston se déplace plus loin à droite, s'ouvrir encore plus. Afin que cela se produise, la contre-manivelle E est placée sur le maneton de roue motrice K de manière qu'ellle le précède d'un angle W.
Les diamètres habituels des tiroirs de locomotive à double expansion sont de 220 mm pour les petits cylindres et 300 mm pour les cylindres de gros diamètres. Les cotes déterminantes de tiroirs de distribution de vapeur sont pour la plupart des locomotives standard à simple expansion : Diamètre des canaux (a) = 52 mm, recouvrement d'admission (e) = 38 mm, recouvrement d'échappement (i) = 2 mm, avance linéaire (v) = 5 mm.

La console de changement de marche permet de régler le sens de marche et l'admission de la locomotive. On utilise à cet effet des volants avec vis de changement de marche ou des leviers. La figure 119 montre une console de changement de marche de construction unifiée.

Les commandes pour le réglage de la puissance de la locomotive et les instruments de contrôle de pression de vapeur, vitesse, frein à air etc. étaient disposés relativement loin et parfois difficilement reconnaissables de la place du mécanicien. Pour faciliter la surveillance et la conduite de la locomotive, on rassemble sur les nouvelles locomotives les indicateurs les plus importants dans un tableau inclinée vers la console de changement de marche, comme sur les autres moyens de transport (camions etc.). La console de changement de marche n'est plus fixée à la chaudière, mais au cadre et se trouve avec les voyants de contrôle droit devant le mécanicien, de manière qu'il puisse tous les atteindre d'un seul regard (Figure 120). Le tableau renferme à gauche la graduation de l'admission, reliée mécaniquement à la vis de changement de marche, à droite la pression et la température de la vapeur dans les boîtes à tiroir, en-dessous les manomètres des cylindre de frein, réservoir principal et conduite générale, en haut à droite, dans le coin, le tachygraphe. L'arbre de relevage est commandé par l'intermédiaire d'un arbre et d'une transmission par chaîne depuis le volant de commande de la cabine de conduite. La solution de la console de changement de marche séparée de la chaudière offre l'avantage d'un accès facilité au flanc droit de la boîte à feu en cas d'avaries d'entretoises.

Les locomotives équipées de réchauffeurs d'eau à surfaces disposent d'un dôme d'alimentation avec purificateur d'eau sur le corps cylindrique (chaudière longitudinale) (Hochspeisung), les locomotives avec réchauffeur d'eau par mélange sont alimentées directement dans la chambre à eau de la chaudière.
On a longtemps placé les chapelles d'introduction d'eau en-dessous du plan d'eau dans les chaudières. L'eau relativement froide qu'elles envoient a tendance, par suite de sa densité plus forte que celle de la masse d'eau à la température de vaporisation, à gagner les parties basses de la chaudière, ce qui peut être une cause de fatigue des tôles. C'est pourquoi on préfère aujourd'hui l'alimentation dans la vapeur qui, en outre, facilite le départ de l'air dissous dans l'eau d'alimentation, cause d'altération des tôles. Souvent on dispose, en dessous de l'arrivée de l'eau et dans la vapeur, des plateaux en tôle pour augmenter la durée du contact de l'eau et de la vapeur. Il est bon toutefois d'éviter les longs tuyaux à l'intérieur de la chaudière, tuyaux qui s'entartrent facilement et dans lesquels se produisent parfois des chocs violents.

Sur des voies glissantes, l'adhérence de la roue sur le rail ne suffit pas. Pour améliorer l'effort de traction, on augmente ce coefficient d'adhérence en répandant du sable. Sur les anciennes locomotives, on trouve un dôme de sablière sur le corps cylindrique (chaudière longitudinale), rempli de sable fin et sec; les tuyaux de sablière aussi étanches que possible y sont raccordés et amènent le sable devant les roues. Sur les locomotives unifiées construites dès 1950, on trouve de chaque côté plusieurs caisses à sable à la hauteur du tablier respectivement, sur les locomotives tender, alignées à la bordure supérieure des caisses à eau latérales, dans le but de raccourcir les tuyaux de sablières et d'obtenir une exécution unifiée des caisses pour toutes les locomotives. On sable si possible tous les essieux entraînés, sur les locomotives à tender séparé pour la marche avant, sur les locomotives tender pour les deux sens de marche. Pour souffler le sable directement au point de rencontre de la roue et du rail, où il est nécessaire, on emploie des sablières à air comprimé. L'air comprimé provient du réservoir principal et passe par un robinet de commande dans la cabine de conduite.

Pour compenser la vapeur utilisée, la chaudière doit être réalimentée en eau. L'eau coule du tender ou des réservoirs de la locomotive elle-même (locomotives tender) sous l'effet de la gravité dans la conduite d'alimentation d'eau jusqu'à l'installation d'alimentation (pompe ou injecteur).
La pompe d'alimentation de la chaudière aspire l'eau du tender par la conduite d'alimentation d'eau et la refoule par une conduite sous pression vers le réchauffeur d'eau et d'ici par la chapelle d'introduction dans le dôme d'alimentation (avec le réchauffeur d'eau à surfaces) ou directement dans la chaudière (avec le réchauffeur d'eau par mélange).
En relation avec les réchauffeurs d'eau à surfaces, on trouve la plupart du temps les types de pompes d'alimentation suivants

• la pompe d'alimentation à piston type Knorr et
• la pompe d'alimentation compound type Knorr-Tolkien

Si la vapeur vient de l'extérieur dans les canaux de vapeur, on parle de tiroir de distribution à admission extérieure. Les tiges d'entraînement du tiroir de distribution cylindrique (tiges de tiroir) doivent dans ce cas être bien étanchéisées à leurs points de passage à travers les parois de la boîte à tiroir pour ne pas perdre de vapeur.

et avec le réchauffeur d'eau par mélange en général

• la pompe d'alimentation centrifuge type Henschel

Les locomotives anciennes sans réchauffage de l'eau d'alimentation sont la plupart du temps alimentées par des injecteurs.

La vapeur qui s'échappe des cylindres contient encore une quantité considérable de chaleur. Il est possible d'en récupérer une partie en soutirant une certaine quantité de vapeur à la conduite d'échappement de vapeur et en l'utilisant pour préchauffer l'eau d'alimentation. Si l'on dirige la vapeur d'échappement sur des surfaces refroidies par de l'eau, p.ex. des serpentins dans lesquels de l'eau s'écoule, on en récupère la chaleur de vaporisation et elle se transforme de nouveau en eau (elle condense). L'eau froide reprend cette chaleur et se réchauffe alors d'elle-même. Une telle installation, nommée réchauffeur d'eau à surfaces, est utilisée sur la locomotive pour préchauffer l'eau d'alimentation de la chaudière. Comme la température de l'eau de condensation et de la vapeur atteint 100°C, voir plus lors d'effort soutenu de la machine, on peut ainsi préchauffer l'eau d'alimentation de 95°C à 100°C.
Comme par le réchauffage de l'eau d'alimentation on utilise ensuite pour chaque kg de vapeur moins de chaleur de la chaudière que sans préchauffage et qu'on produit ainsi avec la même quantité de charbon une plus grande quantité de vapeur, une locomotive pourvue de réchauffeur d'eau est d'autant plus performante.
On peut aussi préchauffer l'eau d'alimentation en la mettant directement en contact avec la vapeur d'échappement. A cet effet, une pompe à eau froide alimente une chambre de mélange dans laquelle de la vapeur arrive continuellement de la conduite d'échappement (réchauffeur d'eau par mélange). En reprenant la chaleur de vaporisation de la vapeur qui se condense, l'eau se réchauffe à environ 95°C avant d'être poussée dans la chaudière par une pompe à eau chaude. Dans ce cas, on ne récupère pas seulement l'eau de condensation, ce qui permet une économie de l'eau du tender de l'ordre de 15%, mais aussi la chaleur du liquide qui serait perdue avec un réchauffeur d'eau à surfaces. Un autre avantage significatif est que l'on peut facilement relier un réservoir au réchauffeur d'eau par mélange, pour pouvoir ensuite alimenter la chaudière en roue libre ou à l'arrêt. Dans ce-dernier, l'eau est réchauffée lors de la marche avec régulateur ouvert même si l'on alimente pas la chaudière à ce moment là. Le gain de chaleur est donc plus grand qu'avec un réchauffeur d'eau à surfaces et atteint environ 7,5%. Il est cependant essentiel que le tartre et les résidus d'huile dans le réchauffeur d'eau ne deviennent pas nuisibles, car l'eau est directement mélangée à la vapeur.