电视片前两季直接根据《铁路系列》原著进行改编。其中第一季改编自前8册书以及奥德里特别撰写的Thomas's Christmas Party一书。
第二季改编自第9册 Edward the Blue Engine（英语：Edward the Blue Engine） 至第 30 册 More About Thomas the Tank Engine（英语：More About Thomas the Tank Engine），许多粉丝认为这段时期是汤玛士小火车的“黄金时代”。
第三季同时包含了改编自原著和杂志的故事以及完成新创剧情的集数。有两大主因造成其剧情开始背离原著，其一为多数尚未改编至卡通的原著故事包含过多的新角色，造成制作费用过于昂贵；其二为编剧希望有更多故事以主角汤玛士为中心。这些新剧情造成了许多争议，原作者艾屈来牧师抱怨新剧情太不真实且不符合原著的精神。
在第四季开播前，本作接获了众多关于性别歧视的指控，其中有抱怨表示系列中缺乏女性角色。对此，编剧承诺女性角色将于下一季登场。这一季几乎完全改编自原著，窄轨车辆角色也于此季登场，大幅地增加了能制作的故事量。
第五季是个大胆的新尝试，该季中所有的集数皆为原创剧情，且有著全新的角色登场与更丰富有趣的故事，某些粉丝将其视为与原著完全分离的衍生作品。
紧接著第五季之后，电影《汤玛士与神奇铁路》上映了，剧中只有少数的卡通角色登场，且更像是奇幻主题的故事。仅管有著极高制作预算加上汤玛士小火车的高人气，该电影仍被英国观众批评为剧情混乱、剧本糟糕、执导不佳、演技拙劣，且精神与原著及改编卡通皆不符。
第六与第七季沿续新角色登场与丰富故事的方针。第六季的其中两集以一个由全新角色组成的工程车辆团队为重心，并有意创立一个以它们为主角的外传系列。该外传随后遭取消，仅13集完工并分散于On Site with Thomas（英语：On Site with Thomas）与Thomas' Trusty Friends（英语：Thomas' Trusty Friends）两套DVD中释出。
第七季后，此系列经历了许多明显的转变。HIT娱乐（英语：HIT Entertainment）收购了此作，将集数长度由5分钟增长至7分钟，并创作了新的主题曲。角色数量急遽减少，剧情集中在汤玛士、艾德华、亨利、高登、詹姆士、培西、托比与艾蜜莉等角色上。
由于家长团体抱怨此系列中的事故数量过多，往后的故事开始由注重动作情节转为以道德培养为取向。粉丝们并不买单，并宣称此作正转变成一个过于低俗的学龄前向卡通。
在第九季发行后不久，一部非戏院首映电影《呼叫所有火车头》推出了，且比上一部电影更受好评。
第九与第十季在主打新角色的同时也有许多旧角色回归，而故事形式仍大致与上一季相同。然而，第十季包含28个集数，与先前每季26集的形式不同。