تتكون السكة الحديدية أساسًا من خطوط تسحب القاطرات على امتدادها عربات القطارات (عربات الركاب وعربات الشحن). وتُصنع خطوط السكك الحديدية من قضيبين مصنوعين من الفولاذ مثبتين على امتداد الخط، فوق سلسلة من الراقدات الخشبية أو الخرسانية. ويتم تصميم أجزاء العجلات والمحاور في القاطرات والعربات بأسلوب خاص يسمح لها بالانزلاق على خطوط السكة الحديدية، فكل عجلة من عجلات القاطرات والعربات ذات شفّة (طوق أو إطار) حول حافتها الداخلية. ووجود الشفاه على كل زوج من العجلات، يعمل على توجيه العجلات على طول امتداد قضبان السكة الحديدية. وتستخدم القطارات المحوِّلات لتحويل مسارها من خط سكة حديدية إلى خط آخر، وتُعرف نقط التحويل أيضًا باسم مفاتيح التحويلة. وتتكون المحوِّلات من خط سكة حديدية قصير يتحرك في موضعه عند نقط تقاطع خط السكة الحديدية، ومن أشهر أنواع المحوِّلات المفتاح المشقوق المثبت عند بداية التحويلة. والتحويلة مقطع منحنٍ من السكك الحديدية تسمح للقطار أن يغادر من خط سكة معينة والاستمرار في الحركة أو السفر على خط سكة أخرى. وتُشغِّل المحوِّلاتِ محرِّكاتٌ كهربائية يتم التحكّم فيها من صناديق الإشارات.

لكن السكك الحديدية ليست مجرد الملامح الرئيسية المذكورة من خطوط وقاطرات وعربات، بل إنها تشمل أيضًا مكونات أخرى، مثل نظم الإشارات المتحكمة في حركة القطارات، ومحطات التعامل مع الركاب والبضائع، والساحات اللازمة لتجهيز القطارات وإعدادها، والورش الضرورية لصيانة القاطرات والعربات وإعدادها. وتشمل السكك الحديدية أيضًا كثيرًا من العاملين الذين يقومون بالمئات من الأعمال المختلفة التي تتراوح بين تسيير القطارات وإعداد خطوط السكك الحديدية وإصلاحها وصيانتها .


جهاز السير. يناقش هذا الجزء جهاز السير لدى السكك الحديدية أي القاطرات والعربات، ويصف كذلك كيفية مد قضبان السكك الحديدية وتخطيط طرقها.

القاطرات تجر معظم القطارات. وتكون القاطرات في معظم الحالات في مقدمة القطار، ويمكن في بعض الحالات للقاطرات أن تدفع القطارات من الخلف إضافة إلى جرِّها. وتُعَدُّ القاطرات التي يمكنها دفع القطارات أو سحبها مفيدة، خاصة للاستخدام على خطوط الضواحي حيث تنتفي عندئذ الحاجة إلى دوران القطار للقيام برحلة العودة عند نهاية رحلة الذهاب.

ُتقسَّم القاطرات إلى مجموعتين أساسيتين، اعتمادًا على طبيعة عملها، هما: قاطرات الطريق وتمثل قاطرات الشحن أو الركاب، وقاطرات المناورة وهي القاطرات التي تحرك العربات من خط سكة حديدية إلى خط آخر في ساحات فرز السكك الحديدية.

وتُقسّم أغلبُ القاطرات أيضًا إلى ثلاث مجموعات طبقًا لكيفية إمدادها بالطاقة. أولاً: قاطرات الديزل الكهربائية وهي القاطرات التي تستخدم محركات حرق الديزل، حيث تحرك نواتج الاحتراق مولدات كهربائية، وتدفع القدرة الكهربائية الناتجة نظامًا آليًا في القاطرات لتحرك عجلاتها. ثانيًا: القاطرات الكهربائية وهي قاطرات تعمل بصورة مقاربة لقاطرات الديزل الكهربائية، ولكنها لاتنتج قدرتها الكهربائية بل تحصل عليها من أسلاك معلقة فوق الخط أو من قضيب حديدي ثالث مكهرب. ثالثًا: قاطرات البخار وهي القاطرات التي تقوم بحرق الفحم الحجري أو الوقود الزيتي لإنتاج البخار، وتقدم قوة البخار القدرة اللازمة لحركة القاطرات.

يوجد عدد محدود من القطارات التي تستمد قدرتها من نوعين آخرين من القاطرات وهما: 1- قاطرات كهرباء التوربينات الغازية. تستَخْدم هذه القاطرات القوة المتولدة من الغازات الساخنة في دفع التوربينات، وتشغل التوربينات بدورها المولدات الكهربائية. وكما في قاطرات الديزل الكهربائية، فإن الكهرباء الناتجة تشغِّل نظام آلية الحركة في القاطرة.2- قاطرات الديزل ـ الهيدروليكية تستخدم محرِّكات الديزل لإنتاج الطاقة التي تنتقل إلى نظام آلية الدفع في القطار من خلال المائع الموجود فيها تحت ضغط.