Scooter kastades från en överbrygga på Gartlea Road, Airdrie, North Lanarkshire, klockan 17:50 på torsdag, landning på toppen av ett tåg.
Föraren stoppade tåget och senare blev trafiken på linjen försenad och inställd.
BTP sa att incidenten var "otroligt farlig".
De vädjade till alla som hade information att komma i kontakt med.
PC Mark Harrigan sade: "Detta var en särskilt alarmerande händelse för föraren av tjänsten i fråga och i synnerhet var en stor olägenhet för den bredare allmänheten som utsattes för långa förseningar och inställda tjänster till följd av denna hänsynslösa vandalism.
"Tyvärr skadades ingen, men intrång på järnvägen eller risk att komma i kontakt med ledningar är otroligt farligt.
"Kriminella skador på järnvägen kan leda till allvarliga och till och med ödesdigra konsekvenser för tågpassagerare, arbetstagare och dem som begår skadorna."
BTP skulle vilja tala med alla som kan ha sett människor agera utanför det vanliga eller loitering i Gartlea Road området, i anslutning till Halfords och Morrisons bensinstation, runt tiden för händelsen.
British Transport Police (BTP) har inlett en utredning efter att ett barns skoter kastades på ett tåg, vilket orsakar långa förseningar för tjänsterna.