בשנת 2005 הייתה ה־TGV רכבת הנוסעים המהירה ביותר בנסיעות סדירות. נסיעה שגרתית ב־TGV, החל מנקודת היציאה ועד לעצירה המוחלטת בתחנת הקצה, נמדדה במהירויות ממוצעות של 251-263.3 קמ"ש (בהתאם לקווים השונים). ב־28 בנובמבר 2003 הסיעה ה־TGV את הנוסע המיליארד, ובכך היא הרכבת המהירה השנייה במספר הנוסעים בעולם, לאחר השינקנסן, שחגגה בשנת 2000 חמישה מיליארד נוסעים מעת היווסדה.
מסילות LGV.
רכבות ה־TGV נוסעות על מסילות מהירות (LGV). החדישות שבהן מאפשרות נסיעה במהירות של עד 320 קמ"ש בנסיעה שגרתית. במקור הוגדרו מסילות ה־LGV כמסילות שניתן לנוע בהן במהירות גבוהה מ־200 קמ"ש. מאוחר יותר הועלתה ההגדרה עודכנה ל־250 קמ"ש. רכבות ה־TGV נעות גם על מסילות רגילות, אולם עליהן מהירותה המרבית המותרת של הרכבת היא 220 קמ"ש. האפשרות לנוע גם על מסילות רגילות היא יתרון גדול לרכבות ה־TGV על פני רכבות מהירות המונעות על עקרון רחיפה מגנטית. רכבות הריחוף המגנטי מוגבלות אך ורק למסילות שנבנו במיוחד לטכנולוגיה זו, בעוד שרכבות TGV יכולות להגיע אף לערים שלא נסללו אליהן מסילות מהירות. רכבות TGV משרתות היום כ־200 ערים ברחבי צרפת.
מאפייני המסילה.
סלילת מסילת LGV דומה לסלילתה של מסילה רכבת רגילה, במספר הבדלים. הרדיוס המינימלי של עיקולים במסילה גדול יותר מזה של מסילה רגילה, כך שרכבת TGV תוכל לחלוף בהם מבלי שתגביר את הכוח הצנטריפוגלי שבו חשים הנוסעים. הרדיוס המינימלי לעיקולים במסילת LGV היה באופן היסטורי ארבעה ק"מ, אולם בקווים חדשים הוגדל הרדיוס המינימלי לשבעה ק"מ וכך מתאפשרת מהירות גבוהה יותר, ללא גרימת אי נוחות נוספת לנוסעים.
כאשר מסילה מיועדת אך ורק לרכבות מהירות, ניתן לבנותה בשיפועים חדים יותר, דבר המקל על הסלילה וחוסך בהוצאות הבנייה. התנופה הרבה של רכבות ה־TGV מאפשרת להן לטפס בשיפועים חדים מאלה המתאימים לרכבות רגילות, מבלי שיגדילו במידה משמעותית את צריכת האנרגיה. הן יכולות גם לשייט במורדות חדים יותר וכך מוקטנת צריכת האנרגיה. במסילה המהירה פריז דרום מזרח (LN1) קיימים שיפועים של 3.5%. (על המסילה המהירה הגרמנית בין קלן לפרנקפורט קיימים שיפועים של 4%).
בעת סלילת מסילה מהירה שמים דגש רב יותר על הדיוק בהנחת המסילה ובהקבלת הפסים, והרבד (מצע החצץ שעליו מונחת המסילה) מונח בשכבה עבה יותר מאשר במסילה רגילה. הדבר מגביר את יציבות המסילה ואת יכולתה לשאת משקל. במסילת LGV מונחים האדנים בצפיפות רבה יותר מאשר במסילה רגילה, וכל האדנים עשויים מבטון (להבדיל מעץ או ממתכת). במסילה משתמשים בפסים כבדים יותר מאשר במסילות רגילות (UIC 60) ובחתך (פרופיל) גבוה יותר, ביחס של 1/40 לעומת 1/20 במסילות רגילות. הפסים מחוברים בהלחמה בלבד, דבר המאפשר שימוש בפסים ארוכים יותר לעומת הפסים המחוברים בלוחית וברגים. כך מתאפשרת נסיעה חלקה יותר במהירות גבוהה וללא התקתוק והרעד האופייניים לנסיעה ברכבת נוסעים רגילה.
קוטר המנהרות במסילה המהירה חייב להיות גדול יותר מקוטר מנהרות רכבת רגילות, במיוחד בכניסות למנהרות אלה. זאת כדי להפחית את השפעת לחץ האוויר הנוצר בכניסה וביציאה מן המנהרה ואת קול הפיצוץ האופייני לכניסה למנהרה במהירות גבוהה.
מגבלות תפעול.
רכבות שאינן מהירות אינן מורשות בדרך כלל להשתמש במסילות LGV, שעליהן נעה רכבת ה־TGV. הסיבה העיקרית לכך היא שנפח התנועה יורד באופן חד כאשר נעות על אותה מסילה רכבות המסוגלות למהירות שונות. רכבות במהירויות שונות גם מגדילות את הסיכוי לתאונה. אורך המסילה הפנויה הנדרש להפעלה בטוחה של רכבת TGV הוא פי חמישה מאורך המסילה הפנויה הדרוש לרכבת משא, ומכאן ניתן להבין את הבעייתיות שבהפעלת תנועה מעורבת של רכבות מהירות ורכבות איטיות יותר. עבודות התחזוקה על המסילות המהירות נעשות בשעות הלילה, כאשר אין תנועת רכבות TGV.
השיפועים החדים במסילות LGV מגבילים גם הם את היכולת להסיע עליהן רכבות משא כבדות. רכבות איטיות יותר אינן בנויות לשיפועים הצדיים של המסילה המהירה (בעיקולי המסילה), והתאמת השיפוע הצידי לרכבות איטיות יותר תגרום לכך שלאותה מהירות נסיעה של ה־TGV יהיה צורך לבנות עיקולים רחבים יותר (בגלל הגבלת השיפוע הצידי). מסילה כזו תהיה יקרה הרבה יותר לבנייה ולתחזוקה. מסיבות אלה נדיר למצוא רכבות נוסעים ומשא רגילות נעות על מסילות LGV, להוציא מסילות מסוימות שעליהן תנועת ה־TGV דלילה יותר, כגון המסילה האטלנטית לעיר טור וכן המסילה המתוכננת לערים נים ומונפליה, כחלק מן המסילה הים־תיכונית. לעומת זאת, המסילה הבריטית המהירה (CTRL) ממוצא מנהרת התעלה ללונדון תוכננה גם לשימוש רכבות משא ולאורך המסילה נבנו עקלתונים המאפשרים עקיפה (שלוחה מקבילה לקו הראשי, שמחוברת אליו בשני קצותיה), המאפשרים לרכבות הנוסעים המהירות לעקוף רכבות משא איטיות יותר.
בארצות שכנות לצרפת נוסעות לעיתים רכבות לא מהירות על מסילת ה־LGV וזאת כתוצאה מהתחייבויות בין המדינות הכרוכות במימון בניית המסילות. בקטעי מסילת ה־LGV על אדמת בלגיה, בין לייז' לבריסל נוסעים קטרים במהירות 200 קמ"ש בלבד. במנהרת התעלה בין צרפת לאנגליה לא נסללה מסילת LGV במובן המלא של המילה, אבל קיימת בה מערכת איתות בתא הניהוג ונעות עליה רכבות מעורבות, נוסעים ומשא, לפיכך מתאפשרת במנהרה מהירות שבין 100–160 קמ"ש.
אספקת כוח.
כל מסילות ה־LGV מרושתות בחשמל במתח 25kV 50 Hz AC (זרם חילופין). קווי הרשת נמתחים מעל המסילה במתיחה חזקה יותר מאשר קווי חשמל מעל מסילות רגילות וזאת מפני שהפנטוגרף (הזרוע המחברת בין הרכבת לכבל החשמל העילי) של ה־TGV גורם לתנודה גלית של הכבל במהירויות גבוהות והגל הנוצר על כבל החשמל חייב לנוע במהירות גבוהה יותר מאשר הרכבת עצמה, כדי שלא לגרום לגל עומד (שבו בנקודות מסוימות אין תנועה), דבר העלול לגרום לניתוק המגע עם הכבל. בעיה זו התעוררה כאשר נעשו הניסיונות לשבור את שיא העולם במהירות רכבת בשנת 1990. על המסילה שבה נקבע השיא היה צורך להגביר עוד יותר את מתיחת הכבלים מאשר ב־LGV מן השורה. כאשר הרכבת נעה על LGV מורם הפנטוגרף האחורי בלבד, כדי שלא להגביר את התנודתיות הגלית על הכבל. הכוח החשמלי לקטר הקדמי מועבר בכבל חשמל במתח גבוה העובר על הגג, לאורכה של הרכבת. רכבות יורוסטאר, לעומת זאת, הן ארוכות דיין (כ־400 מטר) כדי שייווצר שיכוך של הגל הנוצר על כבל החשמל העילי מעת שנוגע בו הפנטוגרף הקדמי ועד שנוגע באותה נקודה הפנטוגרף האחורי, ולכן ניתן להרים את שני הפנטוגרפים. הרמת שני הפנטוגרפים ביורוסטאר הכרחית מפני שלא קיים כבל מתח גבוה חשמלי העובר לאורך הרכבת ומחבר בין הקטר הקדמי לאחורי. כאשר ה־TGV נעה על מסילה רגילה, נמנעת בעיית היווצרות הגל בזכות המהירות הנמוכה ובמסילות אלה מרימים את שני הפנטוגרפים.
הפרדה.
קווי ה־LGV מגודרים לכל אורכם, כדי למנוע כניסת בני אדם ובעלי חיים לשטח המסילה. אין על ה־LGV מפגשי כביש–מסילה וכבישים חוצים את המסילה בגשרים או במעברים תת־קרקעיים. על כל גשר העובר מעל מסילת ה־LGV מותקנים חיישנים היכולים לזהות כל חפץ הנופל מן הגשר אל שטח המסילה.
בין מסילת ה־LGV לבין מסילות רגילות (שעליהן התנועה איטית יותר) קיימת הפרדה מפלסית, בין בגשר ובין במנהרה, כדי למנוע מצב שבו רכבת מהירה חוצה מסילה שעליה נעה רכבת אחרת.
איתות.
רכבות TGV נוסעות על מסילות LGV במהירות גבוהה מכדי שהנהג יוכל להבחין מבעוד מועד באורות האיתות המוצבים בדרך כלל לאורך המסילה. מסיבה זו נבנתה מערכת אוטומטית של איתות במסילות מהירות הנקראת TVM (צרפתית Transmission Voie-Machine "איתות מסילה־רכבת"). סימני האיתות מועברים אל הרכבת באותות חשמליים הנשלחים בפסי המסילה ומספקים מידע על מהירות הרכבת, מהירות ההגעה ליעד והוראות להאט, לעצור או לנוע, המופיעות בלוח המחוונים הנמצא לפני הנהג. רמת האוטומציה הגבוהה איננה נוטלת את השליטה ברכבת מידי הנהג, אולם היא מאפשרת ליטול שליטה מרחוק על הרכבת במקרים שבהם הנהג מבצע טעות אנוש.
המסילה מחולקת לקטעי איתות שכל אחד מהם באורך של כ־1,500 מטר. הקטעים מסומנים בתמרורים שעליהם משולש צהוב על רקע כחול. על לוח המכשירים יכול הנהג לראות את המהירות המרבית המותרת לקטע האיתות שעליו הוא נע וכן מהירות ההגעה ליעד, המתבססת על קטעי המסילה הנמצאים לפניו. בחישוב המהירות המרבית נלקחים בחשבון נתונים שונים, כגון קרבת רכבות אחרות, צמתים, הגבלות מהירות בגלל תוואי המסילה, המרחק מקצה המסילה, ועוד. כיוון שמרחק הבלימה של רכבות TGV, הנעות במהירותן הרגילה, ארוך יותר מקטע איתות בודד (קילומטר וחצי), מנגנון האיתות האוטומטי מספק התראה לנהג להאט בהדרגה, מספר קטעי איתות בטרם העצירה המתוכננת.
על מסילות ה־LGV קיימות שתי גרסאות של מערכת האיתות TVM, האחת TVM-430 והשנייה TVM-300. מערכת TVM-430 היא החדישה יותר והותקנה לראשונה על המסילה המהירה הצפונית, לכיוון מנהרת התעלה ובלגיה. המערכת החדשה מספקת לנהג מידע רב יותר מן המערכת הישנה TVM-300. בין יתרונותיה מאפשרת המערכת החדשה למחשב הרכבת לספק לנהג נתונים שוטפים על מרחק הבלימה של הרכבת במקרה של בלימת חירום. כך יכול הנהג להפחית מהירות בנסיעה רגילה באופן יעיל, מבלי להשתמש בבלמים.