没有人准确地知道怎样的设计才能使机车的车轮与铁轨最有效地结合。当时人们仍普遍(但错误地)认为铁轮在铁轨上运行会打滑，而且当时使用的铸铁铁轨经常被机车不平衡的重量压移位或压断。

有人认为如果在乎滑的铁轨上铺上沙砾也许就能有所改善，还有人相信蒸汽机车的车轮在柔软的地面上行进效率会更高，于是尝试着(不过经常徒劳无功)开发一种在路面上而不是在铁轨上开动的机车。早期有种最后以失败告终的机车甚至是采取走动的方式，而非通过给车轮施加动力而行驶。

第三，在地势险恶的地方或山区铺建路轨的实际考虑不足。没有人知道多大的坡度能适应蒸汽驱动的火车，许多人认为火车在山路上行驶时用一个静止的引擎拉着一连串车厢要比用机车更经济实惠。也有些人怀疑发动机代替马力其优势并不能得到肯定，也许这些优势还不足以抵消制造和开发的成本。

最后，为实现切实可行的客运交通，还需要在1813年达到的水平上有一个巨大的飞跃。在一段时间内机车运输会继续有较大的噪声并且可靠性欠佳，并因其强烈的震动和舒适性的缺乏而难以被乘客接受。为了研制出一种安全、可靠和舒适的火车，最好能在乘客提出新的要求之前有一段时间对现有蒸汽机车进行逐步的改进，并修正其间不可避免出现的错误。

对于上述这些挑战，史蒂芬森具备答复的条件。长期观察发动机的运行使他清楚地了解部件不精确会带来什么样的严重后果。起初史蒂芬森所能做到的只是坚持雇用技术最娴熟的工人和提高标准，后来他和儿子罗伯特开了一家工厂，专门制作设计精确的机器部件。同样，他也了解必须设计制造出经得起沉重的火车车身和降低阻力的铁轨。从煤矿工程师的工作中得出的经验使他懂得要想提高效率必须减小阻力的道理。