Jernbanens tekniske innretninger kan deles i det som beveger seg (lokomotiver og vogner), og fast infrastruktur som skal til for at denne bevegelsen skjer hensiktsmessig. Den virksomheten som knyttes til bruken av begge deler, er jernbanens drift:
Kontaktledningsanlegg (ofte kalt «kjøreledninger») og omformere ved elektrisk jernbanedrift – kontaktledningene erstattes av og til av takskinne (som i Oslotunnelen) eller (vanligere fortunnelbaner)strømskinne
Skinnetraktorer/skiftetraktorer (små lokomotiver, som regel med forbrenningsmotor)
Motorvogner
Bensinmotorvogner
Dieselmotorvogner
Elektriske motorvogner
Både lok og motorvogner kan ha flere fremdriftsteknologier. Noen elektriske lok og motorvogner, særlig slike som krysser landegrenser, kan utnytte flere strømsystemer.
Fra gammelt av eksisterte det hestebaner, og fra 1600-tallet ble banene belagt med plater av jern, slik at vognene rullet lettere. Særliggruvedrift skapte behovet for baner. I 1789 laget en engelskmann det første jernbanespor med opphøyde skinnehoder og vognhjul medflenser, og den videre utvikling skjedde først og fremst i England. Men det var først da damplokomotivet ble anvendelig på slutten av 1820-tallet, at jernbaner og jernbanedrift i moderne forstand vokste frem.
Alt i 1840 var det mer enn 4.500miles skinnegang i England, og i 1850 over 23.000miles. Jernbane krever enormeressurser; for 300 tonn jern får man bare en enestemile jernbane. Mellom 1830 og 1850 steg det britiske forbruket av jern fra 680 000 tonn til 2 250 000 tonn; behovet for kull til de kulldrevne lokomotivene steg tilsvarende, fra 15 millioner til 49 millioner tonn.[3]
Etter forskjellige forsøk kom det første vellykkede damplokomotivet i praktisk bruk i 1813. Konstruktøren,George Stephenson, vant i 1829 en berømt lokomotivkonkurranse med sin nyskapningRocket, som kunne presses opp i 60 km/t; og dermed var jernbanefeberen i gang. Jernbaner ble bygget over hele Europa og USA, etter hvert også i andre verdensdeler, og før århundret var omme, var praktisk talt samtlige byer og tettsteder i vår verdensdel knyttet sammen med jernbanen.
I Norge ble de første jernbanesporene anlagt for å løse lokale transportoppgaver. Antagelig var den 1,4 km lange hestebanenDamtjern-Storflåtan påKrokskogen den første (1805). Den inngikk som del av en transportkjede for tømmer som strakte seg fra Land ogValdres og ned tilChristiania.Otteid-anlegget var et kombindert kanal- og jernbaneanlegg iMarker i Østfold ble bygget i 1825 for å frakte tømmer mellom Store Le ogØymarksjøen. I 1849 bleMortsjølungen-Tvillingtjernanlegget åpnet, også det kombinert kanal- og hestejernbane, for å forbindeMangenvassdraget ogHaldenvassdraget. Anlegget skulle frakte tømmer, men også jern og annet tungt gods.Engebret Soot stod for dette foretagendet.[4]
Landets første lokomotivjernbane varHovedbanen mellomChristiania og Eidsvold. Den ble påbegynt i 1851 og offisielt åpnet i 1854 og var et samvirke mellom engelske investorer og norske myndigheter. Banen fikk stor trafikk, men erfaringene med de sterke, utenlandske interessene var blandede, og man ble fort enige om at jernbaner heretter skulle bygges med norsk kapital og med sterk, statlig styring. Da de neste jernbanene (Hamar-Grundset,Kongsvingerbanen,Trondhjem-Støren) ble vedtatt av Stortinget i 1857, var det baner der staten hadde aksjemajoriteten og full styring.Raumabanen,Dombås-Åndalsnes, ble åpnet i 1924 og er 114 km lang.
Mens Sverige helt fra starten bygget ut sitt hovedbanenett etter en landsplan, skjedde utbyggingen i Norge mer tilfeldig og avhengig av hva distriktene ønsket og hvilke distrikter og byer som ville bidra mest (det norske system). Det, sammen med landets fjellnatur og vanskelige byggeforhold, gjorde at de viktigste stambanene, bortsett fra Rørosbanen (1877), ble bygget bitvis og fullført for sent; Bergensbanen i 1909, Dovrebanen i 1921, Sørlandsbanen i 1944 og Nordlandsbanen til Bodø i 1962. Noen bane langs kysten rundt Norge kom aldri (der hadde man jo skipsleia, med kystruteskip), og dermed fikk Norge aldri et ordentlig, sammenbindende jernbanenett som andre land; bare noen lange strekninger som strålte ut fra hovedstaden. Mens Sverige på det meste hadde 18 000 km jernbane, fikk Norge aldri mer enn 4 500 km.
Jernbaneutbyggingen tok en lang pause etter at Nordlandsbanen var fullført frem til Bodø i 1962. Neste utbyggingsprosjekt varOslotunnelen, en ny øst–vest-forbindelse gjennom Oslo, i 1980. Riktignok ble enkelte kortere strekninger utbedret, vesentlig for å forkorte eller øke kapasiteten på hovedlinjene.Arnanipatunnelen og den førsteUlrikstunnelen iBergen ble åpnet i 1964. Nytt dobbeltspor Asker–Drammen (medLieråsen tunnel) ble åpnet i 1973). Dobbeltsporet Ski–Sandbukta på Østfoldbanensvestre linje var fullført i 1996. Mange viktige forbindelser var vedtatt av Stortinget, men ble ikke bygget – Gjøvik–Lillehammer, Åndalsnes–Ålesund, Oslo–Hønefoss (direkte, jf.Ringeriksbanen) og mange flere. Disse forbindelsene var det da blitt mulig å erstatte medrutebiler. I 1998 kom Gardermobanen, som den førstehøyhastighetsbane i landet.
Det er glatte stålhjul på stålskinner som gir jernbanens store fortrinn; både fordi det tillater stor fart, og fordi det krever mye mindre energi enn tilsvarende transport med gummihjul på vei. Til gjengjeld må sporet være jevnt og av god kvalitet, svingene (kurvene) bør være slake, og bare slake bakker («stigninger» og «fall») bør tillates; mye slakere enn på vei. Normalt bygges ikke hovedlinjene i Norge med sterkere stigning/fall enn 25 ‰ (25 meter stigning på 1 000 meter bane).
Sporvidden er en jernbanes viktigsteparameter. Alle lokomotiver og vogner på banen er bygget for nettopp denne sporvidden (avstanden mellom skinnehodene). Normalsporvidden på jernbanenettet er 1 435 mm (4'8,5"), men det finnes mange andre sporvidder også. Det er utviklet forskjellige systemer for å kjøre tog fra en sporvidde til en annen. ISpania har de utviklet systemer der toget kan skifte sporvidde i fart. På andre grenseoverganger medsporbrudd heises vognene opp for å bytte boggier, en prosess som tar lang tid. På enkelte jernbanestrekninger (hovedsakelig over broer) kan det være et ekstra sett med skinner for å holde toget på rett kurs og forhindre at det endre kurs dersom det skulle spore av.
Forskjellige jernbanesystemer kan ha ulik linjeprofil, altså hvor høye og brede tog som kan kjøres uten å treffe møtende tog, tunnelvegger, broer og perronger. Norge og Sverige har bred og høy linjeprofil, og mange norske og svenske tog kan ikke kjøre til Danmark eller kontinentet. Storbritannia har en smal og lav linjeprofil som fører til problemer med å overføre containertransport fra vei til bane.
På den klassiske jernbanen var sporet lagt på tresviller i grusballast. Lokomotivene var damplokomotiver. Vognene hadde ramme og understell av jern/stål, og var ellers bygget av tre. I begynnelsen var det dårlig med bremser; bare lokomotivet og et par bemannede vogner kunne bremse. Fra begynnelsen av 1900-tallet fikk persontogene gjennomgående bremser som ble styrt fra lokomotivet, og fra 1930-årene ble dette vanlig også i godstogene.
Elektriske lokomotiver ble introdusert på Drammenbanen i 1921, og fra 1930 ble det – med unntak for «Dovregubben» og tyske lokomotiver under krigen – for det meste bygget elektriske lokomotiver. Dette skjedde selvfølgelig samtidig med at stadig flere banestrekninger ble elektrifisert; først på Østlandet, så Sørlandsbanen i 1944, Bergensbanen i 1964 og Dovrebanen i 1970.
Motorvogner ble også mer og mer vanlig, særlig fra 1950-årene. Idag kjøres de fleste persontog med motorvognsett. De banestrekninger som fortsatt ikke er elektrifisert, betjenes av dieseldrevne lokomotiver og motorvogner. Det dreier seg stort sett om Rørosbanen, Raumabanen og Nordlandsbanen.
Mens hastigheten for hurtigtogene lå på 80–90 km/t helt til etter krigen, kommer de fleste togene i dag opp i 130–160 km/t på noenlunde rette strekninger. Nesten alt persontogmateriell i Norge er godkjent for 160 km/t eller mer. I Europa for øvrig er hastigheten ofte betydelig høyere. Det norske banenettet er fortsatt belemret med alt for mange kurver. Det ble også i Norge gjort forsøk med krengende vognsett som gikk fortere i kurvene, men negative reaksjoner fra publikum satte en delvis stopper for den utviklingen.[trenger referanse]
På en god jernbane kan et kraftig lokomotiv uten problemer trekke et godstog på over tusen tonn, og på en høyhastighetsbane kan et togsett lett komme opp i 200 km/t og mer. Hastighetsrekorden på jernbanespor ble satt 3. april 2007 av et modifisert V150TGV-togsett i Frankrike. Hastigheten som ble oppnådd var 574,8 km/t.[6]
Et elektrisk tog med 400 passasjerer mellom Bergen og Oslo påBergensbanen bruker rundt 0,1 kWh/passasjerkilometer. Mens en batteridrevet bil somTesla X bruker rundt 0,2 kWh/passasjerkilometer og tog i slakt terreng og god trase bruker rundt 0,03 kWh/passasjerkilometer.[5]
I godstrafikken gikk utviklingen hos NSB, senere NSB Gods, i dag Cargo Net AS fra små godsvogner som ble lastet og losset ved håndkraft, sekketraller, jekketraller eller små gaffeltrucker, til faste togstammer som bare frakter ferdiglastede containere, eller eventuelle massegods (olje, tremasse, tømmer, flydrivstoff, malm osv.). Etter at det ble åpnet for konkurranse innen godstransporten har godstogselskaper som har etablert seg i Norge gjeninnført transporter med åpne og lukkede godsvogner - nå vogner av stor og moderne type - som lastes og losses med gaffeltrucker. I godstogene er fortsatt lokomotivene enerådende som trekkraft.
Trafikken ble før avviklet ved hjelp av et omfattende personale. Selv de minste stasjonene hadde mange ansatte som var opptatt med togstyring, signalgivning, skifting av vogner, billettsalg, reisegods m.m. I dag er nesten alle stasjoner ubetjente. Billettene selges fra automater, apper eller fra det enkelte togselskaps hjemmeside påInternet. Togtrafikken styres fra (per 2024) tre fjernstyringssentraler som har kontroll med alle signaler, sporveksler og togbevegelser over nesten hele landet.
En del skinnegående transportsystemer, oftest lokalt i byene, ligner på den «ekte» jernbanen – men er som regel skilt fra denne, både fysisk og ved at f.eks. strømsystemene er annerledes. Skillelinjene mellom systemene er ofte flytende, og flere former for kombivogner (f.eks.kombitrikker avtram-train-typen) finnes og kan gå både i gatene og på «ekte» jernbanespor. Med disse forbehold kan systemene inndeles f.eks. slik:
Trikk/sporvei – persontransport (sjelden godstransport) i bygater og bystrøk.
Bybane, persontransport i bystrøk, nær slektning av trikken, men for en stor del i egen trasé.
Forstadsbane – persontransport med geografiske begrensninger; kan gå som trikk i bygatene, og er iblant en trikkelinje forlenget ut i forstedene.
T-bane (metro) – helt eller delvis tunnelbasert og med meget høy kapasitet; som regel adskilt fra all annen trafikk, persontransport i og rundt de største byene; bruker gjernestrømskinne istedenfor kontaktledninger.
Semimetro eller «nesten-T-bane», bybane som nærmer seg en egentlig T-bane i kapasitet – og anleggskostnader.
.jpg)