一個鐵路運輸系統包括很多元素，如車輛、軌道、各種調度控制、通訊信號和監控預警設備以及相關的管理制度和操作人員等，而且它們之間是相輔相成的，如果沒有合適的系統，火車將無法順利地運行。
首先是鐵路沿線的地理環境，包括地質和地形。
其次是系統的用途為何:客運還是貨運?如果是客運，還要考慮乘客是通勤者還是中長途旅行者。
當弄清楚需求后，便要決定建造的鐵路類型:例如輕鐵還是重鐵。另外還 有單軌鐵路、橡膠車輪軌道系統和磁浮鐵路等，因為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系統或電車系統。此后要選擇軌距。如果是電力，便需要電氣化的系統。這樣一來，又有不同的方法為火車供電。最普遍的是高架電纜及軌道供電。最后，要根據交通流量決定路軌的數目。如果流量是小的，可以只建一條路軌，但一定要有避車處讓多余一列火車使用這條鐵路。流量大的，可以鋪雙線甚至多線，有些繁忙的路段甚至有八線平行行走，每個方向有四條路軌。
最早為方便裝卸貨物和旅客上下列車，設立了鐵路車站。后來為了便于鐵路運作和提高效率，設立不同類型的車站:編組站、區段站、中間站、客運站等。
