鐵路運輸屬於陸上運輸方式的一種，它是以機車牽引列車在兩條平行的鐵軌上行走。但廣義的鐵路運輸還包括磁懸浮列車、纜車、索道等非鋼輪行進的方式，或稱軌道運輸。
在已知的陸上交通方式中，鐵路運輸是其中一種最有效的。鐵軌能提供極光滑、極堅硬的媒介讓列車的車輪在上麵以最小的摩擦力滾動。坐在上麵的人會感到更舒適，而且能節省很多能量。如果配置得當，鐵路運輸可以比路麵運輸運載同一重量物時節省5～7成能量。
而且，鐵軌能平均分散列車的重量，令列車的載重力大為提高。
一個鐵路運輸係統是由很多元素構成的，而且各種元素之間是相輔相成的。如果沒有合適的係統，火車也將無法順利運行。
首先，是鐵路沿線的地理環境。
其次，係統的用途到底是客運還是貨運？如果是客運，就要考慮乘客是通勤者還是中、長途旅行者。當了解了需求後，便要決定建造的鐵路類型：輕鐵、重鐵還是高速鐵路。另外還有單軌鐵路、橡膠車輪軌道係統和磁浮鐵路等，由於這些線的列車也是以軌道導引行走。
現時很多大城市都設有城市軌道交通係統或電車係統。
最後，要根據交通流量來決定路軌的數目。流量若小，則可以隻建一條路軌，但一定要有避車處讓多餘一列火車使用這條鐵路。流量若大，則可以鋪雙線甚至多線，有些繁忙的路段甚至會有八線平行行走，每個方向有4條路軌。
早期，為了方便裝卸貨物和旅客上下列車，設立了鐵路車站。後來為了便於鐵路運作和提高效率，便設立了不同類型的車站，如編組站、區段站、中間站、客運站等。