无论何时，不管怎样，我也绝不允许自己有一点灰心丧气。
——爱迪生
（一）
1878年时，爱迪生曾与家人一起到怀俄明州去观赏日全食，他想在天文观察中使用他所发明的“测微温湿计”。观测的地点是在美国的西部，离铁路干线320公里处的谷物种植区。
在那里，爱迪生看到，农民们用畜力车将粮食运到铁路旁边，再装上火车。这样不仅运费高，劳动也复杂，需要大量的畜力运输，需要更换马匹和供马匹休息的中间站，还需要饲料仓库和大批的服务人员。爱迪生萌发了一个想法，就是修建一条通往铁路干线的电气化货运电车道。
爱迪生认为，如果能够修建一条电气化运输道，就不需要电车司机，而是由沿线的各站自动操纵。在这种情况下，经营费用就会缩小到最低限度。
为了实现自己的这一设想，1880年，爱迪生就在门罗公园建筑了长为0.56公里的电气化线路实验地段，将小型钢轨固定铺在间隔约一米的枕木上，线路路基是在硬土地上，线路的起点在工厂附近，并沿着马路一直北延。
在这条实验线路上，由安装在工厂中的爱迪生Z型（75安培×100伏特）电机作为发电机负责供电。发电机的两极，是通过地下绝缘导线与两条钢轨连接在一起的。其中的一条钢轨用作直通机车头的直输线，另外一条钢轨则为回线。这种没有采取任何专门措施令钢轨与地面绝缘的设施虽然不完善，但漏电却并不多。
机车是个四轮车，车的上面安装的也是一样的Z型电机，用以作为发动机。这个电机被平放着（该型号电机外形尺寸较高）。电枢轴上装有一个摩擦传动轮，这个摩擦传动轮在旋转时，可以将力传给另外一个传动轮。而这个传动轮在旋转时就可以带动车子的轮轴。
此外，电枢轴上还装有第三个轮，这个轮通过杠杆与第一个传动轮或第二个传动轮发生摩擦接触。车的轮子是用木材制的，轮毂装有金属衬套，轮的外缘装有厚实的金属轮圈。轮毂是用三根金属辐条与轮圈连接起来的，整流电刷紧靠着轮毂。所有四个轮子都是这样装置的：电流从带有正电的钢轨进入车轮，经电刷传给电动机，从电动机那里经过其他两个馈电刷和车轮，再传到另一条作为电流回线的钢轨上面。
这个电气机车的外观虽然不算完美，但无论如何，这是美国的第一辆电气车。1880年底，爱迪生提出了电气机车系统的第一份专利申请。
爱迪生对电气铁路充满了信心，他亲自试车，除了欣赏这种特殊的乐趣外，主要是想让电气化铁路成为现实。他的目标是：让电力火车为社会服务，不仅要为中西部的粮食种植者们解决运输问题，还要在更大范围内取代蒸汽机车。
开始时，并没有人对爱迪生的电气机车感兴趣。许多铁路资本家认为，电气机车就是浪费金钱，根本没什么实用价值。公众中了解电力的人也不多，即使有人知道，也不能估计出它的巨大潜力。一些与电力发展相关的方面甚至对爱迪生的行为冷嘲热讽。
但不管怎么说，爱迪生的电气机车接近成功了。在试车后，爱迪生发明电车的事很快就传遍各地，每天都有人前来参观。
爱迪生在自己的铁轨上不断对机车的性能进行改良，但此时电灯系统的完善工作占去了他越来越多的时间，所以在电气机车方面直到1881年才逐渐迈出第二步。
在这一阶段，爱迪生设计了两台大型的电气机车，客车的最高时速可达96公里，能载客90人。研究所四周的轨道延长到3公里，并有错车道和转撤器等这类与实际铁路相同的设备。
门罗公园实验室的试验性电气化铁路，在1880年的一整年和1881年的部分时间里都运行着。这个试验让铁路公司开始感兴趣起来，美国卓越的铁路活动家，北太平洋公司总裁亨利·威拉德在1881年9月与爱迪生欠下了下列协议：
爱迪生在门罗公园建筑一条长为4公里的电气化铁路，并为该铁路建造三种类型的车厢和两台机车，一台为客运机车，一台为货运机车，并保证列车运行时有一定的速度，尤其是规定电力牵引客车的时速应达到每小时96公里。
威拉德还提出了一个经济性的补充条件：用电气化铁路进行运输的费用比当时用蒸汽牵引进行货运的运价低。假如爱迪生按照这项协定制造出的设备获得良好的效果，那么威拉德就准备将在国家一些产粮区最少有80公里长的铁路区段电气化工程交给爱迪生来承办。
（二）
1881年秋，在门罗公园建筑新的电气化路线工程开始施工，并于1882年建成备用。这条铁路修得比1880年的第一个试验区更为完善，线路几乎笔直，道碴铺得也像铁路通常铺得那么厚。钢轨与枕木之间的绝缘性能也比第一次更可靠，是用沿线铺设的专门的地下电缆来供电的。预先制造的机车，是为了能在铁路建筑中运送材料。货运电力机车能牵引6-8节平板车或车厢。
与1880年刚刚设计的机车不同，当时的机车事实上只能算是一个能使用的模型。新的机车有一个司机室，前面有格条护板和照明探照灯。也就是说，新机车采用了蒸汽机车上的某些东西，因为电力机车和蒸汽机车的使用情况在某些方面是相同的。控制器是安装在驾驶室内司机的座位下面，电动机与轮轴间有皮带传动。客运电力机车的自重为5吨，货运电车机车的自重为10吨。
试验进行得很顺利，但不幸的是，威拉德就在这个时候忽然破产了，北太平洋铁路公司也被转让给他人，所以爱迪生的计划也没有实现。
威拉德虽然破产了，但他却仍然跑到门罗公园对爱迪生说：
“我与您签订的协议我一定会遵守的，您的研究费用我也一定会付给您的。”
“威拉德先生，协议书我们就当没签订好了，但您的友情，我会牢记于心的。不管怎么说，我还是感谢您的鼓励，由于您的帮助，我的电车才能得以发展到目前的程度。现在，威拉德先生，您应该设法让自己重新站起来。”爱迪生安慰威拉德说。
10年后，威拉德重新回到北太平洋铁路公司。他并未忘记与爱迪生的约定，向爱迪生提出关于西部山岳地区铁路电气化的计划。
但现在，威拉德破产了，无法继续支援爱迪生的研究，爱迪生便于1882年6月19日接受了在瑞士建筑电气化铁路的工程。
在爱迪生研制铁路电力牵引系统期间，他的助手是弗兰克·贾利延·斯普拉格。这个人曾在1881-1882年间在欧洲参加电工技术展览会，然后由爱迪生在伦敦的代表约翰逊将他引进到门罗公园实验室工作。
斯普拉格在爱迪生那里主要研究运输电气化问题，尤其是研究发电机的传动和牵引装置。两年后，斯普拉格就成了这方面的专家，他决定离开门罗公园，独立完成把电用于传动和牵引方面的发明。随后，他制造出了一台非常好的直流电动机，这种电动机由爱迪生公司接受进行生产。电动车辆和电车上的两台发动机并联系统，就是由斯普拉格发明的。根据斯普拉格的设计，在美国的里士满制造了美国的第一辆电车，并使市里的桥架铁路都使用了电力牵引。
电车和电气化铁路的非常发展是在19世纪80年代的后5年开始的，尤其是90年代初期，许多商行，包括埃克梅耶尔和岳克尔谢工厂、威斯汀豪斯工厂、汤姆生-胡斯顿工厂及其他工厂等，都开始生产电气牵引装置设备。在欧洲，德国柏林的西门子-哈尔斯克商行在这次表现得十分积极。从1892年起，爱迪生公司就与其他许多工业行会合并，从而成为现在仍然享有世界声誉的“通用电器公司”康采恩。
（三）
爱迪生虽然发明了电气机车，但这一发明却不如他的电话、电灯和唱片机等发明那样出名，为什么会这样呢？
原因在于，当爱迪生热衷于研究电车的同时，还有一位名叫费尔德的美国人从事同样的研究。一些资本家们为了让电车事业化、集团化，便积极地促使爱迪生与费尔德两人就专利特许权进行合作，于1883年以200万美元的注册资金成立了“美国电气铁路公司”。
几个月后，爱迪生与费尔德共同铺设了一条供表演用的铁路，地点就设在美国芝加哥博览会的大厅。
6月，博览会开幕。在5日到18日这短短的展览期间，爱迪生的改良电车获得了很高的评价。列车被命名为“法官号”，共有3根铁轨，由中间的一根向列车输入电流，两边的两根用作回流电路。电车每次可乘坐20名乘客。
据当时的《电力世界》报道，这辆列车的运转性能“胜过这个国家境内的任何一辆蒸汽机车”。在博览会结束之前，这辆车共行运行了466英里，载客2.6万人次。《电力世界》指出：
“我们有充分的理由相信，在不久的将来，马车与蒸汽机车将被它所取代。它将拖着车辆跋山涉水，既无马蹄的响声，也没有蒸汽机的噪音。”
展览结束后，电气铁路被从芝加哥转移到路易斯维尔。路易斯维尔的《快报》上为此曾描写道：
“这种电气火车是没有烟火的。它被一种看不见，甚至不知究竟为何物的原动力所驱策，在铁轨上平稳而快捷地行使着，既安全，又实用。”
此时对于爱迪生来说，电力机车的研究已经距离成功不远了，反而电气铁路却并没有积极采用，这是为什么呢？
这其中的原因颇多，按照爱迪生的话说就是：
“我之所以失败，是因为我不能再继续干下去了，我没有时间，这里需要我做的事情太多了！尤其是涉及到电灯方面的工作。”
事实上，这也只是其中的一个原因，但却不是主要原因。主要原因是：铁道马车已经有50多年的历史了，“直到1890年之后，曾经作为大城市的运输工具的马车才逐渐消失。但就个别旅行来说，轻便的马车依然是主要的旅行工具。至少从当时的水平来看，它还不是一种蹩脚的运输工具。而当时的人们对这种运输的看法与现在一般人恰好相反，1900年以前的四轮马车其实是相当时髦和舒适的”。
由此可见，如果当时就采用电车旅行或运输，那么铁道马车势必会遭到淘汰，但在一些大城市中，有很多人是喜欢马车的，那么他们自然就会反对电车，以致电车很难得到大范围的发展。
几年以后，“纽约中央公司”宣布成立，才最终决定采用电力机车。而这个时候，爱迪生正在研究再次震惊世界的有声电影。此时在爱迪生虽然已无暇顾及电气铁路技术的发展，但对于运输电气化来说，爱迪生依然是功不可没的，他是将制造电力牵引力的设想变为现实的第一人。
此后，随着电力照明系统的发展与完善，在各个工业部门当中，电动机逐渐取代了蒸汽机。在1880年时，美国还在依靠蒸汽机；而到了1900年，电力已经成为动力的一个来源，电力已达30万匹马力。到1914年，电力进一步增加到900万匹马力，成为动力来源的一个主要方面。
电力的出现，节省了大批的人力与物力，改善了操作环境，降低了劳动强度，提高了生产效率，从而引起了社会生产的重大变革。到19世纪后期，美国的电力工业发展已经超过了老牌的资本主义英国。《物理学与技术史》一书的作者在论述“电气化的产生”时指出：
“电能为工业和交通运输业提供了能量。电气化解决了能量的输送和拖动问题，从而在机械化和自动化的基础上对国民经济和它的技术产生了决定性的影响，使生产力得到了飞速的增长，就其后果来说，并不亚于工业革命。”