รถไฟที่ใช้ความเร็วสูง (High Speed)ความเร็วที่ใช้อยู่ในช่วง 200 กม./ชั่วโมง ถึง 400 กม./ชั่วโมงปัจจุบันยังไม่มีมาตรฐานโลกในการแบ่งรถไฟความเร็วสูงออกจากรถไฟทั่วไป แต่มีการยอมรับตัวแปรความเร็วกันอย่างกว้างขว้างในอุตสาหกรรมรถไฟ ซึ่งโดยปกติแล้วรถไฟความเร็วสูง(High Speed Rail-HSR) จะเป็นชื่อที่ใช้เรียกรถไฟที่มีย่านความเร็วในการเดินรถ ปกติสูงกว่า 200 กม./ชั่วโมง รถไฟความเร็วสูงรูปแบบต่างๆมักขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากไฟฟ้าผ่านสายไฟเหนือตัวตู้รถไฟ แต่ไม่จำเป็นเสมอไปในระบบขับเคลื่อนอาจจะมีการใช้เครื่องยนต์ดีเซล เป็นระบบในการขับเคลื่อนได้เช่นกัน ลักษณะที่เด่นชัดของรถไฟความเร็วสูง คือตัวรางที่มีการเชื่อมต่อแบบไร้รอยต่อทำให้ลดแรงสั่นสะเทือนในตัวรางรวมทั้งลดค่าความแตกต่างของระดับในช่วงขบวนรถไฟ เพื่อให้รถไฟเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วที่สูงกว่า 200 กม./ชั่วโมง

รถไฟความเร็วสูงมาก (Very High Speed)ความเร็วที่ใช้อยู่ในช่วง 310 กม./ชั่วโมง ถึง 500 กม./ชั่วโมงรถไฟความเร็วสูงมากเป็นศัพท์ทางเทคนิคที่ใช้ในการเรียกรถไฟที่ความเร็วสูงที่สุด ในปี พ.ศ. 2543 ที่ทำความเร็วได้สูงกว่า 300 กม./ชั่วโมง มีการวางแผนว่ารถไฟโดยทั่วไปจะสามารถทำความเร็วสูงถึง 350 กม./ชั่วโมง โดยรถไฟตระกูล Velaro ของ Siemens สามารถวิ่งที่ความเร็วดังกล่าวได้แล้ว

รถไฟความเร็วสูงพิเศษ (Ultra High Speed)ความเร็วที่ใช้อยู่ในช่วง 500 กม./ชั่วโมง ถึง 1000 กม./ชั่วโมงจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการดำเนินการที่รถไฟสามารถทำได้ในปัจจุบัน เป็นจุดเริ่มต้นในการสร้างรถไฟที่สามารถทำความเร็วในช่วง 500-600 กม./ชั่วโมง จากสถิติที่ได้มีการบันทึกไว้สำหรับรถไฟที่ออกแบบเพื่อใช้งานจริงที่ทำความเร็วได้สูงสุดคือ TGV POS หมายเลข 4402 (V150) เมื่อวันที่ 15 เมษายน 2007 ที่ความเร็ว 574.8 กม./ชั่วโมง อย่างไรก็ตามจากการทดลองพบว่าความเร็วที่มากกว่า 500 กม./ชั่วโมง ขึ้นไปเป็นความเร็วที่ไม่สามารถนำมาใช้ในการให้บริการได้จริง เนื่องจากจะทำให้วัสดุประกอบตัวรถเกิดความเสียหายได้อย่างรวดเร็ว แต่ในอนาคตอันใกล้นี้มีความเป็นไปได้อย่างสูงในการนำเอารถไฟที่มีความเร็วระดับสูงมากมาใช้งานจริง โดยระบบที่เรียกว่า Maglevรถไฟระบบ Maglev ที่ได้รับการยอมรับในการใช้งานปัจจุบันมีสองระบบ คือ Transrapid ที่ทำความเร็วได้ 550 กม./ชั่วโมง และ JR-Maglev MLX 01 ที่ทำความเร็วบนบกด้วยระบบรางที่ความเร็ว 581 กม./ชั่วโมง

รถไฟที่ความเร็วสูงกว่า 1000 กม./ชั่วโมงในการออกแบบยานพาหนะจะขึ้นอยู่กับหลักอากาศพลศาสตร์ และสภาพแวดล้อมภายนอก เทคโนโลยีรถไฟเริ่มที่จะแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ของสภาพการไหลของอากาศที่เร็วกว่า ความเร็วเสียง ในระดับความเร็วที่ 0.8 มัค หรือเท่ากับ 988 กม./ชั่วโมง และมีความเป็นไปได้ที่จะมีความเร็วมากกว่ากว่าที่เป็นอยู่ เมื่อพิจารณาถึงศักยภาพของรถไฟรุ่นใหม่ในปัจจุบันที่ส่งผลสำคัญต่อความเร็วสูงสุดจริงของรถไฟ แต่เนื่องจากปรากฏการณ์ที่เรียกกันว่า Prandtl-Glauert SingularityหรือVapor Coneหรือ Shock Collar จะสร้างผลเสียหายอย่างมากกับยานพาหนะเมื่อคลื่นเสียงสะท้อนกับพื้นรองรางรถไฟ กลับคืนสู่ตัวรถไฟทำให้มีโอกาสเกิดการระเบิดออกได้ในอากาศ ดังนั้นรถไฟที่จะเดินทางด้วยความเร็วขนาดนี้หรือสูงกว่านี้ต้องเป็นระบบรถไฟที่เดินทางในระบบสุญญากาศ