Hệ thống điện khí hóa đường sắt
Điện một chiều > Ray thứ tư

Hệ thống Tàu điện ngầm London ở Anh là một trong số ít các hệ thống sử dụng 4 ray. Ray thứ tư này đóng vai trò làm cực âm, cái mà trong hệ thống ray thứ ba là chính đường ray tàu. Hệ thống tàu điện ngầm London có một ray thứ ba dạng tiếp xúc trên được đặt bên cạnh của các ray chính dùng điện một chiều với hiệu điện thế +420 V, và một ray thứ tư dạng tiếp xúc trên được đặt ở giữa 2 ray chính dùng điện một chiều với hiệu điện thế −210 V DC, do đó tổng hợp lại được một nguồn điện 630 V một chiều cùng cấp cho đoàn tàu. Hệ thống tương tự cũng được áp dụng cho các tuyến tàu điện ngầm thuở ban đầu ở Milan, là line 1 thuộc hệ thống Milan Metro, tuy nhiên các tuyến mới xây dựng gần đây thường sử dụng đường dây trên cao hoặc ray thứ ba.
Ưu điểm chính của hệ thống ray thứ tư đó là cả hai ray chính đều không có dòng điện chạy qua. Phương án này được đưa ra để giải quyết các vấn đề liên quan đến cực âm, bình thường được nối đất bằng các ray chạy tàu, khi tuyến tàu điện có đoạn ngầm được gia cố bằng các tấm sắt chứ không bằng các tấm bê tông (như thông thường). Điều này có thể gây các sự cố hở điện, giật và thậm chí chập điện nếu các đoạn trong đường hầm không được nối dẫn điện với nhau chắc chắn. Ray thứ tư giải quyết được vấn đề này bởi vì cực âm cũng có xu hướng truyền qua các đường ống dẫn bằng kim loại dùng để dẫn nước hoặc ga. Một vài trong số này, đặc biệt là các Tuyến Victorian chính mà có trước hệ thống tàu điện ngầm London, thường không được xây dựng nhằm mục đích dẫn điện và không có liên kết một cách hoàn chỉnh giữa các đoạn ống với nhau. Hệ thống ray thứ tư đã giải quyết vấn đề trên. Mặc dù nguồn cấp điện đã có các điểm nối đất nhân tạo, nhưng hệ thống vẫn có sử dụng thêm các điện trở nhằm đảm bảo dòng điện nối đất nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Các ray chỉ cấp điện được đấu nối chắc chắn vào các lớp sứ cách điện nhằm tối thiểu hóa việc rò điện, nhưng điều này là không thể đối với các ray thông thường vì chúng còn phải chịu một trọng lực rất lớn từ tàu hỏa. Tuy nhiên, các miếng cao su đàn hồi được đặt giữa các ray và các thiết bị cách điện đã giải quyết được vấn đề này do đó cách ly đường ray thông thường với dòng điện âm trả về thi thoảng xuất hiện do rò điện.
Ở các đoạn đường ray mà Hệ thống Tàu điện ngầm London dùng chung với hệ thống ray thứ ba National Rail (ở Bakerloo và các tuyến District đều có các đoạn thế này), ray ở giữa cũng được nối và các ray thông thường, nhằm đáp ứng được cả hai loại tàu ray ba và ray tư cùng hoạt động dưới điện áp 660 V. Các tàu điện ngầm đi qua khu vực này đều được thiết kế có hai loại điện trở và các thiết bị điện nhằm phục vụ cả hai hệ thống. Những tuyến đường này ban đầu chỉ được điện khí hóa trên hệ thống bốn đường ray bởi LNWR trước khi các tàu của công ty Đường sắt Quốc gia được thiết kế lại nhằm phục vụ hệ thống ba ray tiêu chuẩn nhằm đơn giản hóa hệ thống tàu điện đưa vào sử dụng.
Các tàu hệ thống ray thứ tư cũng thỉnh thoảng chạy trên hệ thống ray thứ ba. Để hoạt động được, đế tiếp xúc điện ở giữa được nối liền vào hệ thống bánh tàu nhằm lấy điện từ ray. Khi quay trở lại hệ thống ray thứ tư, liên kết này được ngắt đi nhằm tránh tạo ra hiện tượng đoản mạch.