Eli Janney, một cựu chiến binh thời Nội chiến và là nhân viên cửa hàng ở Alexandria, Virginia, đã hình thành và cấp bằng sáng chế cho bộ ghép "khớp ngón tay" đầu tiên vào năm 1868. Thiết kế của ông, cơ sở cho các bộ ghép ngày nay, giống như hai bàn tay đan vào nhau khi ghép lại. Có thể đóng và khóa tự động, chúng có thể được mở từ bên hông xe, giúp giảm đáng kể số lượng và mức độ thương vong mà người phanh phải chịu bằng cách sử dụng các bộ ghép nối liên kết và chốt nguy hiểm. Vào những năm 1890, có nhiều kiểu dáng khác nhau của cái gọi là bộ ghép nối Janney được sử dụng, nhưng nhiều kiểu trong số chúng sẽ không ăn nhập với nhau. Một người chỉ huy thận trọng có thể phải mang một tá "đốt ngón tay" phụ tùng khác nhau trên chiếc ca-nô của mình.
Năm 1869, George Westinghouse được cấp bằng sáng chế cho phanh hơi đầu tiên của mình . Đến năm 1873, ông đã phát triển van ba, thành phần quan trọng trong việc tạo ra phanh hơi "tự động". Thay vì sử dụng khí nén trực tiếp từ đầu máy để cung cấp lực ép bánh phanh vào bánh xe, hệ thống của ông đã đặt một bình chứa không khí dưới mỗi toa và nạp chúng từ một ống phanh liên tục liên kết với đầu máy. Bằng cách đó, nếu máy bơm không khí bị hỏng hoặc đoàn tàu bị chia cắt, không khí được tích trữ trên mỗi toa có thể tự động áp dụng phanh - một tính năng đặc biệt hữu ích để tránh sự cố.
Trong các cuộc thử nghiệm cạnh tranh vào năm 1887-1888, thiết kế của Westinghouse tỏ ra ưu việt đến mức nó được coi là tiêu chuẩn chung. Nó đã được thông qua sớm cho các chuyến tàu chở khách, nhưng Quốc hội đã có một đạo luật (Đạo luật Thiết bị An toàn Đường sắt năm 1893) để buộc các đường sắt đẩy nhanh tiến độ áp dụng cho các chuyến tàu chở hàng. Phanh hơi có lẽ là phát minh đường sắt đơn quan trọng nhất trong thời kỳ đó.
George Pullman, người đã cải thiện đáng kể chất lượng chỗ ngủ và chỗ ăn uống của toa, đã phổ biến tiền đình cho toa chở khách bắt đầu từ năm 1887. Trước đây, toa có bệ mở, gây nguy hiểm khi băng qua toa này khi tàu đang chuyển động. Tiền đình bao quanh sân ga và nối các toa bằng màng chắn bằng bạt mềm quen thuộc, biến đoàn tàu thành một khối liên tục và khuyến khích phát triển các phòng chờ chuyên dụng, nhà ăn và các toa khác.
Một người thợ kim tuyến người Đức tên là Julius Pintsch đã phát minh ra hệ thống chiếu sáng dựa trên khí nén từ dầu mỏ. Nó cho ánh sáng sáng hơn và ít khói hơn so với các loại đèn dầu cũ . Những tiến bộ về vệ sinh ( máy làm mát bằng nước , bồn cầu xả), sự thoải mái (màn cửa sổ, bến lớn hơn và thông thoáng hơn), và an toàn (thiết bị chống lồng, bánh xe chắc chắn hơn) đã làm cho việc di chuyển bằng đường sắt trở nên an toàn và thoải mái hơn cho tất cả hành khách.
Các chuyến tàu chở hàng dài hơn và năng suất hơn, với những toa lớn hơn hoạt động với tốc độ cao hơn. Những chiếc máy kéo than có thể vẫn chạy với tốc độ 15 dặm một giờ vào những năm 1890, nhưng những loại hàng hóa dễ hư hỏng như trái cây và gia súc có thể chạy với tốc độ 40 hoặc thậm chí 50 dặm một giờ. Trong suốt những năm 1860 và 70, các tuyến đường sắt đã sử dụng đường ray, tạo cho người phanh và người điều khiển một nơi trú ẩn và an toàn, và trong quá trình này, chúng ta đã tạo ra một biểu tượng của ngành đường sắt Hoa Kỳ. Việc sử dụng ngày càng nhiều sắt thép trên các toa chở hàng, cũng như các loại ô tô mới - như ô tô chở dầu dùng để vận chuyển xăng dầu dùng làm nhiên liệu đèn - đã làm thay đổi đáng kể bản chất của vận tải hàng hóa. Vào một phần tư thế kỷ trước, người ta có thể vận chuyển hầu hết mọi thứ, hầu như ở bất cứ đâu, bằng đường sắt.
Đầu máy xe lửa cũng phát triển lớn hơn và ngày càng tinh vi hơn. Một thế hệ thợ máy và kỹ sư được đào tạo mới hầu như đã phát minh lại đầu máy và đưa đường sắt trở thành "công nghệ cao" của thời đó. Những chiếc 4-4-0 đốt bằng gỗ được trang trí cầu kỳ của Nội chiến đã phát triển vào năm 1900 thành những con khổng lồ đốt than đen tuyền, không có gì vô nghĩa nặng gấp đôi. Đến năm 1900, các nhà chế tạo ở Hoa Kỳ, Canada và Mexico đã chế tạo ra hơn 70.000 đầu máy xe lửa với đủ hình dạng, kích cỡ và chủng loại.
Elijah McCoy là một trong số những nhà phát minh và thợ máy da đen hoạt động trong ngành đường sắt. Quảng cáo cho chất bôi trơn cơ học mà anh ấy phát triển đã cho chúng ta thành ngữ "McCoy thực sự." Các nhà phát minh khác không ngừng theo đuổi công cuộc tìm kiếm nhiều năng lượng hơn, tốc độ hơn và hiệu quả cao hơn. Đường sắt là một ngành mà các nền kinh tế nhỏ tăng lên trong một chặng đường dài, vì vậy đầu máy xe lửa phải liên tục nghiên cứu.
