電視片前兩季直接根據《鐵路系列》原著進行改編。其中第一季改編自前8冊書以及奧德里特别撰寫的Thomas's Christmas Party一書。
第二季改編自第9冊 Edward the Blue Engine（英语：Edward the Blue Engine） 至第 30 冊 More About Thomas the Tank Engine（英语：More About Thomas the Tank Engine），許多粉絲認為這段時期是湯瑪士小火車的「黃金時代」。
第三季同時包含了改編自原著和雜誌的故事以及完成新創劇情的集數。有兩大主因造成其劇情開始背離原著，其一為多數尚未改編至卡通的原著故事包含過多的新角色，造成製作費用過於昂貴；其二為編劇希望有更多故事以主角湯瑪士為中心。這些新劇情造成了許多爭議，原作者艾屈來牧師抱怨新劇情太不真實且不符合原著的精神。
在第四季開播前，本作接獲了眾多關於性別歧視的指控，其中有抱怨表示系列中缺乏女性角色。對此，編劇承諾女性角色將於下一季登場。這一季幾乎完全改編自原著，窄軌車輛角色也於此季登場，大幅地增加了能製作的故事量。
第五季是個大膽的新嘗試，該季中所有的集數皆為原創劇情，且有著全新的角色登場與更豐富有趣的故事，某些粉絲將其視為與原著完全分離的衍生作品。
緊接著第五季之後，電影《湯瑪士與神奇鐵路》上映了，劇中只有少數的卡通角色登場，且更像是奇幻主題的故事。僅管有著極高製作預算加上湯瑪士小火車的高人氣，該電影仍被英國觀眾批評為劇情混亂、劇本糟糕、執導不佳、演技拙劣，且精神與原著及改編卡通皆不符。
第六與第七季沿續新角色登場與豐富故事的方針。第六季的其中兩集以一個由全新角色組成的工程車輛團隊為重心，並有意創立一個以它們為主角的外傳系列。該外傳隨後遭取消，僅13集完工並分散於On Site with Thomas（英语：On Site with Thomas）與Thomas' Trusty Friends（英语：Thomas' Trusty Friends）兩套DVD中釋出。
第七季後，此系列經歷了許多明顯的轉變。HIT娛樂（英语：HIT Entertainment）收購了此作，將集數長度由5分鐘增長至7分鐘，並創作了新的主題曲。角色數量急遽減少，劇情集中在湯瑪士、艾德華、亨利、高登、詹姆士、培西、托比與艾蜜莉等角色上。
由於家長團體抱怨此系列中的事故數量過多，往後的故事開始由注重動作情節轉為以道德培養為取向。粉絲們並不買單，並宣稱此作正轉變成一個過於低俗的學齡前向卡通。
在第九季發行後不久，一部非戲院首映電影《呼叫所有火車頭》推出了，且比上一部電影更受好評。
第九與第十季在主打新角色的同時也有許多舊角色回歸，而故事形式仍大致與上一季相同。然而，第十季包含28個集數，與先前每季26集的形式不同。