Željeznički sustavi za velike brzine su vlakovi koji prometuju znatno većom brzinom od normalnih vlakova, iako točna definicija brzine varira između stručnjaka i agencija. Pronađene u mnogim urbanim područjima, brze željeznice nude putnicima brzu i učinkovitu alternativu drugim načinima javnog prijevoza. Iako je iznimno popularna u Europi i dijelovima Azije, brza željeznica zamjetno je odsutna u većini Sjedinjenih Država, zbog velike sklonosti prema osobnom prijevozu automobilima.
Upravljačka i autoritativna tijela nude različite definicije onoga što čini željeznički sustav velike brzine. Željezničke vlasti Europske unije ograničavaju termin na vlakove koji redovito putuju brzinom većom od 125 milja na sat (200 kilometara na sat), iako je ograničenje veće za vlakove izgrađene na novijim tračnicama. U Sjedinjenim Državama, vlakovi velike brzine moraju se kretati iznad 90 mph (145 km/h) da bi se klasificirali kao brzi.
Željeznica za velike brzine razvijena je sredinom dvadesetog stoljeća i stekla je značajnu popularnost nakon završetka Drugog svjetskog rata. Japan je bio jedna od prvih zemalja koja je uključila brze željeznice u svoj sustav javnog prijevoza. Shinkansen, ili brzi vlak, otvoren je 1964. kao usluga između gradskih područja Tokija i Osake. Od tada je željeznica model brzog, sigurnog i učinkovitog putovanja koji se proteže po većem dijelu zemlje.
Kao i kod svake tehnologije koja se temelji na brzini, prirodno je da eksperimenti neprestano testiraju koliko brzo vlakovi mogu putovati. Koristeći najnoviju tehnologiju, Japan trenutno drži svjetski rekord u brzini, pri 361 mph (581 km/h). Vlak koji je postigao ovu brzinu, MLX01, vozi prvenstveno putem tehnologije magnetske levitacije. Ova novija metoda kretanja vlakova, koja se često naziva maglev, koristi magnete za povlačenje vlaka zasljepljujućim brzinama zahvaljujući smanjenom trenju. Iako trenutno prometuje nekoliko maglev vlakova, Japan samouvjereno planira implementirati tehnologiju u svoj sustav brzih željeznica do 2025. godine.
Kako zabrinutost za okoliš raste u svjetlu globalnog zatopljenja, brza željeznica ponovno je zadobila interes u 21. stoljeću. Sjedinjene Američke Države, zemlja koja je obično izbjegavala željeznice u korist sve većih autocesta i nove automobilske tehnologije, započele su planove za izgradnju nekoliko sustava velikih brzina u različitim državama. Slijedeći primjer vrlo uspješne linije Acela koja povezuje New York City i Washington, DC, birači su odobrili planove i proračune za slične brze željezničke linije u Kaliforniji. Komisije u Texasu i Chicagu također su uključene u studije o potencijalnim prednostima novih brzih linija.