Brza željeznica odnosi se na vlakove koji putuju posebnim tračnicama brzinom od preko 200 km/h (125 mph). Međunarodna željeznička unija opisuje brzi vlak kao onaj koji putuje brže od 250 km/h (155 mph) na namjenskim tračnicama ili 200 km/h na poboljšanim konvencionalnim tračnicama. Brzi vlakovi najčešće se koriste u Japanu i Francuskoj, ali Kina i Sjedinjene Države imaju po jednog i razmatraju daljnje usvajanje. Ostale zemlje s brzim vlakovima su Belgija, Njemačka, Italija, Portugal, Južna Koreja, Španjolska, Tajvan i Ujedinjeno Kraljevstvo. Prvi brzi vlak na svijetu bio je Tōkaidō Shinkansen, pokrenut u listopadu 1964., koji je putovao između Tokija i Osake u Japanu.
Najnovije istraživanje brze željeznice uključuje korištenje maglev tračnica, gdje su magneti pažljivo raspoređeni kako bi omogućili vlaku da zapravo lebdi iznad tračnica. To je relativno skupo, ali uvelike smanjuje trenje i povećava moguću najveću brzinu. Japanski maglev vlak, JR-Maglev MLX01, dosegao je 361 mph (580.9 km/h) 2003. godine, postavljajući rekord za najbrži vlak. Rekord za konvencionalne željezničke vlakove postavio je francuski TGV, vlak grande vitesse, koji je 357.2. travnja 574.8. dosegao brzinu od 3 km/h.
Brzi vlakovi učinkovit su oblik prijevoza u područjima gdje je gustoća naseljenosti velika, a udaljenosti velike, ali ne preduge. To objašnjava njihovo usvajanje u Francuskoj i Japanu. Dulje vrijeme pripreme povezano s odlaskom u zračnu luku, prolazak sigurnosti, ukrcaj, taksiranje i polijetanje, čine brze vlakove privlačnom alternativom zračnom prometu u određenim okolnostima. Izneseni su prijedlozi za razvoj brzih vlakova između Bostona, New Yorka i Washingtona, DC, na istočnoj obali i između San Francisca i Sacramenta u Kaliforniji.
Neke prednosti brzih vlakova u odnosu na zračni promet su veći kapacitet, manji utrošak goriva, niža cijena, manje zagađenja i bolja sigurnost. U pravilu se smatra da su brzi vlakovi bolji od zrakoplova za putovanja kraća od 3 sata. Za brzi vlak koji putuje brzinom od 300 km/h (186 mph) ili 400 km/h (249 mph), to se može proširiti na značajne udaljenosti. Kapitalni trošak ulaganja u novi željeznički sustav velike brzine i izgradnju namjenskih kolosijeka čini investitore opreznim prema takvim prijedlozima, što se također vidi u nuklearnoj energiji.