Hệ thống điện khí hóa đường sắt
So sánh với đầu kéo Diesel

Đầu máy chạy điện có thể dễ dàng được chế tạo để tạo sản lượng điện lớn hơn hầu hết các đầu máy diesel. Đối với hoạt động chở khách, có thể cung cấp đủ công suất bằng động cơ diesel nhưng ở tốc độ cao hơn, điều này tốn kém và không thực tế. Do đó, hầu hết tất cả các tàu cao tốc đều chạy bằng điện. Công suất lớn của đầu máy điện cũng mang lại cho chúng khả năng kéo hàng hóa với tốc độ cao hơn khi lên dốc; trong điều kiện giao thông hỗn hợp, điều này làm tăng sức chứa hàng hóa và thời gian giữa các chuyến tàu có thể giảm xuống. Công suất cao hơn của đầu máy điện và điện khí hóa cũng có thể là một giải pháp thay thế rẻ hơn cho một tuyến đường sắt mới và ít dốc hơn nếu trọng lượng đoàn tàu được tăng lên.
Mặt khác, điện khí hóa có thể không phù hợp với các tuyến có tần suất giao thông thấp, vì chi phí chạy tàu thấp hơn có thể bị ảnh hưởng bởi chi phí cao của cơ sở hạ tầng điện khí hóa. Do đó, hầu hết các tuyến đường dài ở các nước đang phát triển hoặc dân cư thưa thớt đều không sử dụng điện do tần suất tàu chạy tương đối thấp.
Chi phí bảo trì toàn tuyến có thể tăng lên do điện khí hóa, nhưng nhiều hệ thống đường sắt lại tốn ít chi phí hơn do giảm hao mòn đầu máy ít hơn tàu diesel. Ngoài ra cũng cần một số chi phí bảo trì bổ sung liên quan đến thiết bị điện khác ngoài đường sắt, chẳng hạn như các trạm phụ nguồn và thiết bị điện hỗ trợ, nhưng nếu có lưu lượng hành khách sử dụng lớn có thể bù đắp đáng kể cho phí bảo dưỡng và vận hành động cơ cho chi phí bảo trì này.
Network effects are a large factor with electrification.[cần dẫn nguồn] When converting lines to electric, the connections with other lines must be considered. Some electrifications have subsequently been removed because of the through traffic to non-electrified lines.[cần dẫn nguồn] If through traffic is to have any benefit, time consuming engine switches must occur to make such connections or expensive dual mode engines must be used. This is mostly an issue for long distance trips, but many lines come to be dominated by through traffic from long-haul freight trains (usually running coal, ore, or containers to or from ports). In theory, these trains could enjoy dramatic savings through electrification, but it can be too costly to extend electrification to isolated areas, and unless an entire network is electrified, companies often find that they need to continue use of diesel trains even if sections are electrified. The increasing demand for container traffic which is more efficient when utilizing the double-stack car also has network effect issues with existing electrifications due to insufficient clearance of overhead electrical lines for these trains, but electrification can be built or modified to have sufficient clearance, at additional cost.
Additionally, there are issues of connections between different electrical services, particularly connecting intercity lines with sections electrified for commuter traffic, but also between commuter lines built to different standards. This can cause electrification of certain connections to be very expensive simply because of the implications on the sections it is connecting. Many lines have come to be overlaid with multiple electrification standards for different trains to avoid having to replace the existing rolling stock on those lines. Obviously, this requires that the economics of a particular connection must be more compelling and this has prevented complete electrification of many lines. In a few cases, there are diesel trains running along completely electrified routes and this can be due to incompatibility of electrification standards along the route.
A problem specifically related to electrified lines are gaps in the electrification. Electric vehicles, especially locomotives, lose power when traversing gaps in the supply, such as phase change gaps in overhead systems, and gaps over points in third rail systems. These become a nuisance, if the locomotive stops with its collector on a dead gap, in which case there is no power to restart. Power gaps can be overcome by on-board batteries or motor-flywheel-generator systems.[cần dẫn nguồn]
In 2014, progress is being made in the use of large capacitors to power electric vehicles between stations, and so avoid the need for overhead wires between those stations.