Железнодорожные пути обычно состоят из железных рельс, установленных на шпалы и балласт, по которому движется подвижной состав. Однако существует и другое устройство путей, например, безбалластный путь, где пути прикреплены к цементной основе. Железнодорожный транспорт способен справляться с большими объёмами пассажиро- и грузопотоков и является энергоэффективным, однако он менее гибкий и более капиталоемкий, чем автомобильный транспорт при меньшей загрузке транспортной сети.
Железная дорога может состоять из одного пути или нескольких. Различают железные дороги общего пользования, промышленные железные дороги (подъездные пути предприятий и организаций) и городские железные дороги —метрополитен и трамвай.
Электрификационная система поставляет энергию в поезда, чтобы они могли двигаться без установки источника энергии в поезде. Это снижает операционные издержки, однако требует крупных капиталовложений на строительство линий. Основные магистрали и трамваи обычно имеют воздушную контактную сеть, свисающую со столбов вдоль линии. Транспорт находящийся не на уровне земли часто использует контактный рельс.
Железнодорожная станция — это место, где пассажиры садятся или выходят из поезда. Грузовая железнодорожная станция это площадка для загрузки и выгрузки грузов. Крупные пассажирские станции имеют строения для удобства пассажиров с продажей билетов и еды и являются транспортно-пересадочными узлами городов, имеют пересадку с поездов на метро, трамвай или автобус. Небольшие станция обычно представляют из себя лишь платформу.
Важнейшими мерами безопасности являются железнодорожная сигнализация и строительство мостов и тоннелей на переездах. Поездные свистки, звонки и гудки предупреждают о приближении поезда, а сигнальные системы на путях поддерживают необходимое расстояние между поездами. Одним из эффективных приемов в безопасности движения высокоскоростных поездов является строительство специальных отдельных путей без переездов. Это исключает потенциальную возможность столкновения с автомобилями и другими транспортными средствами и пешеходами, значительно снижает вероятность столкновения с другими поездами и способствует соблюдению расписания движения.
Как и многие инфраструктурные подразделения, железные дороги должны регулярно подвергаться проверкам и обслуживанию в целях снижения аварий. Железнодорожные мосты, например, требуют постоянного контроля и ухода, поскольку они подвергаются большим нагрузкам во время прохождения тяжелых поездов. Периодически необходимо заменять балласт на новый для поддержания хорошего дренажа. При прохождении путей рядом с реками, полотно дополнительно укрепляется во избежание вымывания во время наводнений. Для контроля используются такие технологии, как путеизмеритель и пеший обход путей. На поворотах путей осуществляется дополнительная калибровка, регулярная затяжка крепежей и более частая смена путей.
При обслуживании путей необходимо учитывать показатели ветки (типы поездов, места отправления и назначения, сезонные изменения), пропускную способность (длинна, почва, количество путей, типы сигнализации), пропускную способность поездов (максимальная скорость, набор скорости и торможение поездов) и особенности двойного использования путей для пассажирских и грузовых перевозок (дополнительные пути, возможности конечных станций, переключение стрелок).