渋滞
道路区間内が均質な交通容量ならば渋滞することはないが、道路の構造などによって交通容量が低い一部区間(ボトルネック)があり、上流からボトルネックとなっている区間の交通容量を超える交通需要が到達すると、交通渋滞が発生する。渋滞の要因を大きく分けると、工事渋滞、事故渋滞、自然渋滞の三つだといわれている。一般道路と高速道路では、工事渋滞と事故渋滞が共通する渋滞発生原因であるが、自然渋滞についてはその性格を大きく異にする。サグ部と上り坂が自然渋滞の主な発生原因になるのは高速道路であって、一般道路での自然渋滞の主な発生原因になっているのは信号交差点と踏切だといわれている。自動車が何らかの原因で速度を落としたとき、あるいは速度を落とす地点を通過するときに渋滞は発生しやすい。日本社会における連休日でレジャーなどを楽しむとした行楽地への渡航で、首都から郊外へ一斉に自家用車で赴くため渋滞が顕著に現れている。
西成活裕は車の減速・発進が続いて、その振れ幅が大きくなっていくことに自然渋滞の原因があると分析している。また、渋滞のほとんどが追い越し車線から発生しており、ある車が追い越し車線に車線変更して割り込んだ際に後続の車がブレーキを踏んで減速。割り込みが複数台続き、これが繰り返されることで車間が縮まるのが原因と分析している。東名高速で発生した約40 kmの渋滞には、たった1台の車の車線変更が原因だったこともある。
交通工学における渋滞の定義は、「ボトルネックにその区間の交通容量を上回る交通流率の交通需要が到着した時に、当該区間の上流に生じる低速の待ち車両列によって形成される交通状態」を指す。特に、交通信号機や合流部はボトルネックとなりやすい典型的な道路上の区間である。なお、「交通容量」とは特定の道路空間に単位時間当たりで通すことのできる車両数をいう。また、「交通流率」とは特定の道路空間に単位時間あたりに到着する車両数をいう。
一般的には、自動車が停止あるいは、一定速度以下のノロノロ運転で走行する自動車の列が数珠つなぎになった状態を渋滞と呼んでいる。渋滞長がいくら長くても、1回の青信号で信号待ち車列が全て捌ける場合は、一般には渋滞とは呼ばない。また、人の長蛇の列に対しても渋滞とは言わない。渋滞の内容は様々で、例えば20 km/h(キロメートル毎時)以下で走行している状態でも、停止して車列が動かない状態であっても渋滞である。
信号交差点では赤信号の時間の間に到着した全ての車両が、次の青信号の時間でその信号交差点を通過できない状態であれば渋滞と判断される(ただし、この判断基準は下流に交差点がない「孤立交差点」である場合に限る)。
都市部では単路部は長くは続かず、信号交差点が数多くある。単路部で十分な交通容量があっても、その先の信号交差点の存在によってその道路の交通容量は低下する。例えば、信号の青信号の秒数が30秒、黄信号が0秒、赤信号の秒数が30秒という極めて単純な信号を仮定したとき、青信号時間の比率は50%となり、交通容量は青時間率が100%のとき(すなわち立体交差のとき)と比べて約半分となる。また交差点への進入車両が極度に増えた場合、隣接する交差点まで車両の列が伸びて渋滞が連鎖的に増えるグリッドロックと呼ばれる「超渋滞」現象が発生する。日本では東日本大震災で発生した渋滞でグリッドロック状態が観測され、解消までほぼ一日を要した。
信号機のパラメータ設定は、渋滞の発生有無に大きく影響する。不適切に設定すると、以前は渋滞のなかった交差点に渋滞が発生するようになる。
メキシコシティやボゴタでは、ナンバープレートの末尾が3、6、9の自動車は月曜日の午前6時-10時、午後4時-7時には運転できないなど複雑な規制をかけている。