鐵路線路在穿越天然高程或平面障礙時修建的地下通道。高程障礙是指地面起伏較大的地形障礙，如分水嶺、山峰、丘陵、峽谷等。平面障礙是指江河、湖泊、海灣、城鎮、工礦企業、地質不良地段等。鐵路隧道是克服高程障礙的有效方法，有時甚至是唯一的方法。它可使線路的標高降低、長度縮短並減緩其縱向坡度，而提高運量和行車速度。鐵路線路遇到平面障礙時，可採用繞行或隧道穿越兩種方法。前者往往是不經濟的甚至是不可能的，如江河、海峽等，採用隧道則常是一種最好的解決方法。
簡史 鐵路隧道的修建是和各國鐵路網的發展緊密聯系著的，蒸汽機車牽引鐵路上的第一座隧道是1826～1830年在英國利物浦至曼徹斯特鐵路上修築的長1190米的雙線隧道。隨著鐵路的發展，從19世紀30年代起，各國都相繼修建鐵路隧道。由於技術水平的限制，當時大都采用急彎陡坡的展線和深挖路塹或短的隧道群來避免修建長隧道。因此到上世紀中葉，新修建的鐵路隧道中，長度都不超過5公裡。自從發明瞭硝化甘油和黃色炸藥，以及在礦山中應用瞭機械鉆眼後，修建長隧道就成為可能。世界上第一座長度超過10公裡的隧道，是1857～1871年建成的連接法國和意大利穿越阿爾卑斯山長達13.657公裡的塞尼山雙線隧道，並首先使用瞭風鉆。到第一次世界大戰結束時為止，由於鐵路運量的不斷增長，山區鐵路已不能滿足需要。同時，修築隧道的經驗和技術也日趨完善，不僅新建瞭許多低位置的山麓長隧道，還將原有的許多深挖和高位置的山頂隧道改建為山麓隧道。第一次世界大戰後，由於各國鐵路網的建成，新建的鐵路長隧道已不多見，大多是改建原有的線路而采用長隧道方案。第二次世界大戰後，在日本開始修建軌距為1435毫米的鐵路新幹線，線路標準要求高，最小曲線半徑為2500和4000米，限制坡度為20‰和15‰，同時要求克服高速行車時的噪聲和振動，因此修建瞭大量的鐵路隧道，尤其是10公裡以上的長隧道。到1984年底為止，世界上共修建瞭將近一萬公裡鐵路隧道，約占世界鐵路總長度的0.8％，其中有一半分佈在中國和日本。世界上長度超過15公裡的鐵路隧道如表所示。
15公裡以上的鐵路長隧道
中國第一座鐵路隧道長261米，是1887～1891年在臺灣臺北至基隆的鐵路線上修建的。1890～1904年在中東鐵路上修建瞭幾座雙線隧道，其中大興安嶺越嶺隧道長達3078米。隨後，相繼在東北地區、京廣、京張、廣九、隴海、湘桂等鐵路幹線上修築瞭一些隧道。到1949年為止，中國鐵路上共有400餘座隧道，總延長約為100公裡。中華人民共和國成立後，迅速改變瞭舊中國鐵路分佈的不合理現象，在西南和西北等多山的高原地區，修建瞭大量鐵路隧道。從1949～1984年的35年中，共修建瞭4000餘座標準軌距的鐵路隧道，總延長已超過2000公裡，有十餘座長度超過5公裡，成為當今世界上鐵路隧道最多的國傢，其中一半以上分佈在雲南、貴州、四川、陜西等省。
分類 鐵路隧道根據其所處的位置分為山嶺鐵路隧道、城市鐵路隧道及水底鐵路隧道。
山嶺鐵路隧道 山區鐵路在跨越分水嶺、沿河傍山或河道曲折而地勢陡峻的峽谷地段，常需修建隧道。因此就地形條件而言，山嶺隧道又可分為越嶺隧道和河谷線隧道。越嶺隧道是指跨越分水嶺埡口的隧道。在技術可能條件下，應力爭修建較長的越嶺隧道，使線路不展線或少展線。河谷線隧道是指線路沿河傍山，受地形限制，線路位置移動幅度不大，因而修建的隧道。根據地形情況，又分為河流彎曲地段沿河繞行或截彎取直的河曲線隧道，和河道較直、溝梁相間的掌指狀地段的傍山線隧道。
展線是越嶺地段克服巨大高差的有效措施。線路在側谷山地迂回向上，因地形的限制常要穿入山體而采用隧道。當線路所繞彎子小於360°時，稱為套線；位於其上的隧道，稱為套線隧道。若所繞彎子大於360°，稱為螺旋線；位於其上的隧道稱為螺旋線隧道。
城市鐵路隧道 見地下鐵道。
水底鐵路隧道 見水底隧道。
組成部分 鐵路隧道沿線路方向一般分為洞口路塹（或引道）、洞口和洞身三部分。隧道內的線路常采用單向坡或雙向坡。單向坡適用於套線、螺旋線或較短的越嶺隧道；雙向坡適用於越嶺隧道和水底隧道。由於列車在隧道內車輪與鋼軌間粘著系數的降低和空氣阻力的增大，隧道內的縱向坡度和在上坡方向進洞前一段路塹內的縱向坡度，要進行坡度折減。
隧道構築物 包括洞口（見洞口工程）、洞身襯砌結構（見隧道及地下工程襯砌）和隧道內外附屬構築物。此外，在坍方、落石、泥石流等危害的隧道洞口或路塹地段，常用明挖法接長隧道而修築明洞或棚洞。隧道內的附屬構築物包括道床，避車洞，水溝，安裝通信、照明、電氣化設備的洞室等。為瞭保證隧道內行人和維修人員的安全，在隧道內每側，每隔一定距離設置有小避車洞和大避車洞。後者還供存放工具、材料之用。隧道外的構築物主要是指各種防排水措施，如泄水洞、截排水溝等（見隧道及地下工程防水），以及對需要進行運營通風的隧道所設置的通風道及通風機房。
隧道施工 修建鐵路隧道的主要方法有礦山法、盾構法、明挖法、沉管法及一些特殊的方法。選擇施工方法的原則應符合快速、優質、安全、經濟以及均衡生產的要求（見隧道及地下工程施工方法）。
有害氣體的防治 為瞭解決列車在隧道內運行時所產生的有害氣體對人體健康的危害和改善工作環境，采取：①運營通風（見隧道及地下工程通風）；②提高通過隧道時的列車速度以減少有害氣體侵入隧道和機車司機室內；③降低內燃機車油、水的溫度；④鋪設整體道床以減少維修工作量及接觸有害氣體的時間；⑤減少摩阻力以利於通風；⑥在避車洞處設置防煙門，並加強個人防護，使隧道內人員避免吸入高濃度的有害氣體，以防止急性中毒等綜合防治措施。
隧道改建 對技術標準較低不能滿足運營要求或病害嚴重的隧道(見隧道及地下工程病害和整治)必須進行改建。改建的主要內容有：①增大隧道凈空；②碎石道床改為整體道床；③隧道原有設備不足，增添設備或附屬構築物；④增建仰拱或補建襯砌；⑤襯砌加固補強，全部或局部更換襯砌；⑥原襯砌毀壞、坍塌的搶修等。隧道改建工程通常是在擾動過的圍巖中和通車情況下進行施工。因此在改建時應采取可靠的技術安全措施，使圍巖和襯砌結構具有足夠的穩定性，保證行車安全和減少對行車的幹擾。