鉄道輸送
最初の電気機関車はスコットランドのアバディーンの化学者ロバート・デビットソンによって1837年に製作された。この電気機関車はガルバニ電池を動力として使用していた。したがってこの機関車は世界初の電池式電気機関車でもあった。デイビッドソンは後に、1841年にロイヤル・スコティッシュ・ソサエティ・オブ・アーツ展に展示されたガルバニ号と名付けられたより大型の電気機関車を製作した。7トンのこの機関車は2機の直接駆動式磁気抵抗モーターを搭載しており、固定電磁石は各車軸の木製シリンダーに取り付けられた鉄筋に作用し、単純な整流子が付けられていた。この機関車は1マイル半(2.4キロメートル)の距離を時速6キロメートル(4マイル毎時)で6トンの積荷を運んでいた。機関車は翌年の9月にエディンバラ・アンド・グラスゴー鉄道で試運転が行われたが、動力が電池であることから限られた時間しか連続で走ることができず、一般列車牽引用として使用するにはまだ未成熟なものであった。鉄道労働者たちは自分の仕事の安全に対する脅威と見なし機関車を破壊した。
ヴェルナー・フォン・ジーメンスは1879年にドイツのベルリンで電気鉄道を展示した。1881年、ジーメンスはベルリン近郊のリヒターフェルデに世界初の電気鉄道路線グロース=リヒターフェルデ電気軌道を開業させた。電気軌道の車両は直流180ボルトのモーターで走行し、電気は架線や第三軌条ではなく列車が走行している線路から供給された。1891年に路線は架空電車線方式に変更されベルリン=リヒターフェルデ西駅まで延伸された。
鉄道会社の主な収入源は旅客列車の運賃収入と貨物列車の貨物輸送料である。また、頻繁に乗車する乗客のために定期券やシーズンシートのような割引券や月毎のパスが発行されていることもある。貨物列車はコンテナスロット毎、または列車全体で輸送権が売られている。また、貨車を荷主が保有し機関車による牽引だけを鉄道会社に任せることもある。旅客列車では車体のラッピング広告や車内の中吊広告などの広告収入も重要となる。
鉄道輸送は他の支配的な輸送手段よりも外部性が少ないので、政府が鉄道運営に補助金を与えることを選択することもある。また、国ではなく州や地方自治体が車両の更新や新駅の建設、列車の増発などと引き換えに補助金を与えることもある。また、先述の上下分離方式を導入している国で政府や州が路線を保有している場合、安全要件を満たす会社に対し無料あるいは割引使用料で路線を使用させることもできる。欧州連合では2005年の鉄道補助金総額が730億ユーロに達している。
1980年代以降、列車の運行を行う鉄道会社を保有する会社と駅や線路などの施設を保有する会社を分離するという、上下分離方式の傾向が強まっている。特にヨーロッパでは欧州連合が国有鉄道の上下分離を指導しているため、欧州連合加盟国の国有鉄道は上下分離方式となっている。これにより、旧国有鉄道の線路に私鉄の列車が乗り入れることが可能になるオープンアクセスが可能になった。例えばイタリアでは国鉄のフェッロヴィーエ・デッロ・スタートの線路をレーテ・フェッロヴィアーリア・イタリアーナが保有し維持管理を行い、国鉄の列車運行業務を引き継いだトレニタリアのほか私鉄のヌオーヴォ・トラスポルト・ヴィアッジャトーリが列車を運行している。なお、フェッロヴィーエ・デッロ・スタートは2019年現在も合資会社として存続している。
通勤列車は都市とその近郊を結ぶ列車で、通勤・通学者を主な乗客とするため各駅に停車することが多い。また、市内中心部から郊外の空港への迅速なアクセスのための空港連絡列車もある。
高速列車は長距離列車よりも遥かに高速で走行する都市間連絡列車で、主に時速200 - 300キロメートル(120 - 200マイル毎時)の列車がこう呼ばれる。高速列車は主に長距離を結んでおり、その大半は西ヨーロッパと東アジアに集中している。鉄輪式鉄道における最高速度記録はフランス国鉄のTGVが2007年4月3日に記録した時速574.8キロメートル(357.2マイル毎時)である。また、上海トランスラピッドやリニア中央新幹線で採用されている磁気浮上式鉄道では鉄輪式鉄道よりも高い速度で走行することができる。高速鉄道専用線は高速で走行するために従来の線路と比べて勾配が浅く、曲線が広くなる傾向にある。
準高速列車あるいは中速列車は従来の長距離列車よりも高速であるが、高速列車よりは遅い列車である。準高速列車は主に高速列車のような新線を建設するのではなく既存の路線を改良して運行されている。
都市高速鉄道は大都市で構築された都市内輸送機関であり、あらゆる旅客輸送機関の中で最も高い容量を持っている。都市高速鉄道は主に地下を走る地下鉄と高架線を走る高架鉄道の2つに分けられる。また、地上では路面電車やライトレールが運行される。
信号保安とは、列車同士が衝突するのを防ぎ、列車運行の安全を保つためのシステムである。固定された線路上を走行する列車では自動車のようにハンドルを切って横方向に避ける事が不可能であり、かつ摩擦抵抗が低いため制動距離も伸びており運転士が前方の列車を視認してから急ブレーキを掛けたのでは減速が間に合わず衝突する可能性が非常に高い。これを防ぐのが信号保安であり、多くの場合1つの区間に1本の列車しか進入できないようにする方式を使用して列車同士の間隔を保っている。この1つの区間を閉塞区間と呼ぶ。閉塞区間に進入するためには信号機が停止現示(赤信号)以外を示していることを確認するか、閉塞区間に進入するための通行票(通票)を駅員から貰う必要がある。この内、主に前者を自動閉塞方式、後者を非自動閉塞方式と呼ぶ。しかし、山手線や新幹線などで採用されている自動閉塞方式であっても信号機を使用しない車内信号閉塞方式や、逆に通票を用いないが非自動閉塞方式に分類される連動閉塞方式などの例外もある。
信号機は伝統的に信号扱所と呼ばれる建物にある信号てこで信号現示を変更していた。信号扱所は駅や信号所、分岐点などに設置されており、またそれらの施設のない区間にはほぼ等間隔に設置されていた。信号扱所の掛員は前後の信号扱所の掛員との電話連絡や時刻表との照らし合わせで列車を確認し信号現示を変更していた。現在は軌道回路と呼ばれる区間内に列車が存在するか否かを電気的に検知するシステムが使用され、この回路と信号機が連動することで自動的に信号現示を変更するようになったため多くの路線から信号扱所は姿を消している。また、運転指令所が軌道回路の発達により列車集中制御装置を用いたCTCセンターに取って代わられつつある。