Nordlandsbanen, jernbanen mellom Trondheim og Bodø, går gjennom Nord-Trøndelag, og tilbyr regional- og lokaltog, sistnevnte markedsført som Trønderbanen. Øvrige jernbanelinjer er Meråkerbanen og Namsosbanen, hvor sistnevnte går fra Grong til Namsos og er uten trafikk. De trafikkerte jernbanelinjene utgjør således hovedakser i samferdselen sammen med europaveiene. En elektrifisering av Trønderbanen og Meråkerbanen ble påbegynt vinteren 2021 og vil være avsluttet i 2025.