Vakuumska kočnica služila je kao univerzalni standardni kočioni sustav u željezničkim vlakovima sve dok je nisu zamijenili učinkovitiji i sigurniji sustavi komprimiranog zraka koji se danas koriste. Vakuumski kočni sustav funkcionira tako što stvara vakuum u nizu crijeva koja prolaze kroz vlak. Ova crijeva su povezana s klipnim jedinicama na svakom nosaču koji, kada se aktivira vakuumom, zatvaraju kočione čeljusti na kotačima kolica. Na starijim parnim vlakovima, vakuum je bio opskrbljen ejektorima na lokomotivi, dok su noviji sustavi koristili vakuumske pumpe na električni pogon. Iako su sustavi stlačenog zraka sada norma u većini novih vlakova, još uvijek postoje željeznički operateri koji koriste željeznička vozila s kombinacijom komprimiranog zraka/vakuum kočnica.
Iako općenito učinkoviti, jednostavni vakuumski kočni sustavi imaju jednu ozbiljnu, ponekad i fatalnu manu, tj. svaki prekid crijeva čini cijeli sustav nefunkcionalnim. Ova prokleta “Ahilova peta” dovela je do nekoliko ozbiljnih nesreća koje su uključivale odbjegle vlakove i konačno instaliranje sigurnijeg automatskog vakuumskog kočnog sustava. Automatski vakuumski sustavi blokirali su sve kočnice vlaka ako je došlo do prekida opskrbe vakuumom. Iako sigurniji, sustavi su se i dalje sporo pokretali, posebno u slučaju dugih vlakova. Ovi problemi s performansama polako su doveli do raširene instalacije kočionih sustava na komprimirani zrak koji se brže aktiviraju i otpuštaju i općenito sigurniji.
Sustav vakuumskih kočnica u svom srcu ima središnji vakuumski vod ili cijev koja se proteže cijelom dužinom vlaka. Linija je obično čelična cijev na kolicima spojena sa fleksibilnim crijevima između pojedinačnih kolica. Posljednji nosač ima praznu spojnicu umetnutu na kraju vakuumske linije za zatvaranje kruga. Na parnim lokomotivama, ejektor opskrbljuje vakuum za kočnice i regulira se nizom poluga u vozačkoj kabini. Ovi ejektori su jednostavni parni venturi uređaji koji izvlače dovoljan negativni tlak za aktiviranje vakuumskog kočnog sustava.
Kada je potrebna sila kočenja, strojovođa aktivira izbacivač koji izvlači zrak iz središnjeg voda, stvarajući tako vakuum u sustavu. Sklop kočionog klipa montiran je na donjoj strani svakog nosača i spojen na središnji vakuumski vod. Kada se pomiče negativnim tlakom u sustavu, ovaj klip aktivira niz veza koje povlače papuče za lomljenje prema kotačima kolica. Kada se kočnice otpuste, vakuum se smanjuje i zrak struji natrag u cilindar klipa pomičući ga natrag i ponovno otvarajući kočionu čeljust kako bi se oslobodili kotači.