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Les rails sont de longues barres d'acier profilées, qui mises bout à bout servent à former un chemin de fer. Les rails servent à la fois de guide et de support de roulement pour les véhicules. Étant conducteurs, ils sont souvent utilisés pour la transmission de signaux. Généralement, une voie ferrée est constituée de deux files de rails posées en parallèle sur des traverses. Un système de transport fondé sur l'utilisation d'un seul rail est un monorail. Un rail peut servir aussi à l'alimentation électrique (alimentation par troisième rail).
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Le rail moderne est généralement du type « Vignole » ; dans une section transversale, on distingue le patin qui s'appuie sur la traverse, le champignon qui constitue le chemin de roulement, et l' âme, filet vertical qui relie le champignon au patin. Sur les lignes importantes, le poids standard du rail est de 60 kg/m.
Le rail à double champignon, dont la section est symétrique, avait été conçu pour permettre de retouner le rail usé et donc doubler sa durée de vie. Ce principe a été abandonné.
Des rails à gorge sont utilisés pour les voies encastrées dans des chaussées routières, notamment pour les installations industrielles et les lignes de tramway.
La pose des rails se fait normalement avec des joints de dilatation, les rails, de 18 ou 36 m de long, coulissant librement dans les éclisses (pièces qui assurent la jonction de deux rails successifs). Dans ce cas la continuité électrique doit être assurée. De plus en plus se développe la technique dite des « barres longues » ou LRS (longs rails soudés), dans laquelle les coupons de rail de 80 m sont soudés en atelier en longueurs de 320 à 400 mètres. Ces barres sont posées sur de très grandes longueurs, sans limite réelle, les soudures nécessaires étant réalisées sur place. Les contraintes de dilatation sont absorbées par le frottement des traverses sur le ballast. Cela suppose réunies certaines conditions de stabilité de la plate-forme et de rayon de coubure minimum. À l'extrémité des LRS sont installés des appareils de dilatation, notamment au droit de certains ouvrages d'art.
Le ballast est constitué de roches dures concassées (généralement, il s'agit de roches éruptives : granite, rhyolite, quatzite...) qui doivent résister à l'attrition, qui émousse les angles. L'épaisseur du ballast est fonction de la charge et de l'intensité du trafic, 30 cm sur ligne classique, 40 cm sur LGV.
Une voie ferrée traditionnelle est fixée sur des traverses en bois reposant sur un ballast fait de cailloux concassés à arêtes vives. La fixation se fait grâce à des tire-fonds et des attaches élastiques, parfois munies de semelles en caoutchouc pour limiter le bruit.
Les traverses assurent la transmission de la charge au ballast, et le maintien de l'écartement et de l'inclinaison des rails. Le travelage, c'est-à-dire le nombre de traverse au kilomètre est variable, généralement de 1666 traverses/km à la SNCF. Les traverses peuvent être :
La voie ferrée peut aussi être posée sans ballast, directement sur un lit de béton. C'est le cas du tunnel de Marseille sur la LGV Méd, ainsi qu'en Allemagne de la ligne ICE entre Francfort et Cologne. Ce procédé réduit l'entretien mais coûte plus cher et ne permet pas de corriger facilement les défauts de géométrie.
Les croisements et changements de voies se font en général par des appareils de voie qui comprennent des aiguillages, des traversées (croisement de deux voies sans aiguilles mobiles) et des traversées jonctions simples ou doubles, autorisant le croisement de deux voies et l'aiguillage vers une ou deux directions. Il y eut des pont tournants, valables surtout pour des véhicules de faible empattement, à l'époque de la vapeur.
Outre ses fonctions de roulement et de guidage, le rail a souvent une fonction de sécurité : il sert de circuit aux courants de signalisation, ce qui permet de mettre au rouge automatiquement un signal lorsqu'un véhicule court-circuite les deux rails.
Les rails entre villes sont légèrement inclinés vers l'intérieur de la voie pour auto-centrer le train d'environ:
La table de roulement des roues est inclinée au 1/40, selon un profil normalisé par l'UIC, dit « profil UIC », appelé également S1002, d'après la désignation de celui qui avait été choisi parmi les différents profils testés. La conicité équivalente est propre à chaque couple profil de roue / inclinaison de rail, et varie avec l'usure. Par exemple, à l'état neuf, elle est de :
Les rails des tramways sont le plus souvent plats.
Par extension, le rail désigne l'ensemble des activités liées aux chemins de fer.
Par analogie, on désigne par un rail un petit tas de drogue (généralement de la cocaïne) disposé en ligne sur un miroir (ou une autre surface plane), à l'aide d'une lame de rasoir. Cette disposition permet au consommateur d'inspirer la drogue directement dans le nez à l'aide d'un tube creux.
