Planinska željeznica putuje preko planine čiji je nagib strm. Kako bi vlak mogao putovati tako strmim padinama, može se koristiti mnogo različitih metoda penjanja. Metode koje se najčešće koriste uključuju željezničku prugu, žičaru i uspinjaču.
Normalna željeznica radi na principu adhezije. Trenje između kotača i tračnice dovoljno je veliko da snaga dostavljena kotačima uzrokuje kretanje vlaka. Trenje prestaje biti učinkovito nakon dostizanja srednjeg nagiba i potpuno prestaje raditi na strmijim padinama. Kao rezultat toga, planinske željeznice koriste druge tehnike za prelazak u blizini okomitih krajolika.
Željeznička zupčanica rješava ovu dilemu prianjanja dodavanjem zupčanika i zupčanika planinskoj željeznici. Ovo je metoda na pogon lokomotive, za razliku od ostalih, u kojoj se između normalne dvije tračnice postavlja treća tračnica, koju vlak može uhvatiti zupčanikom ili zupčanicima koji su postavljeni ispod njega. Ova srednja tračnica naziva se tračnica i ima zupce koji se uzdižu ili s gornje površine ili sa strane. Zupčanici su postavljeni na donju stranu vlaka koji se zaključavaju s tračnicom. Rezultat je jednostavna planinska željeznica koja sprječava da vlak izgubi prianjanje dok trči uzbrdo i nizbrdo.
Žičara je vrsta planinske željeznice s vlakom spojenim kabelom na stacionarni motor koji se nalazi na povišenom odredištu. Često je slučaj da ti vlakovi nisu trajno pričvršćeni na kabel. Kablovi i vagoni mogu se prebacivati s kolosijeka na kolosijek prema potrebi. Vlak ne koristi motor lokomotive s ovim dizajnom. Žičare se najčešće koriste na radilištima kao što su rudnici i kamenolomi.
Uspinjača je slična žičari. Također koristi sustav montiran na kabel za pomicanje svojih automobila gore-dolje planinskom željeznicom. Za razliku od žičare, sajla uspinjače je pričvršćena na dva automobila, odnosno tramvaja, jednake težine. Dok se jedan pomiče uzbrdo, drugi se spušta, svaki uravnotežujući drugoga i sprječavajući bilo kakav drastičan pokret. Zbog toga je za kretanje vlakova potrebno vrlo malo energije, a jednostavna remenica na električni pogon sposobna je pomicati oba automobila na planinskoj željeznici.