Çelikten yapılmış özel yollarda (ray) taşıtların işlemesine elverişli ulaşım sistemi. Daha önce tahta ve maden kaplı raylar üzerinde ulaşım yapıldıktan sonra, madenî rayların kullanılması 1776’da gerçekleşti. Çağdaş anlayışa uygun demiryolu yapımı ve işletilmesi ilk kez 1801 yılında İngiltere’de başladı. Demiryolunun gelişmesi, buharlı lokomotifin gelişmesiyle mümkün oldu. 19. yüzyılın başlarında buhar makinelerinde gelişen tekniğe paralel olarak demiryolu yapımı ve taşımacılığı da büyük artış gösterdi. Türkiye’de ise ilk demiryolu, İzmir-Aydın arasında 1860-1871 arasında tamamlandı. Cumhuriyet döneminde, İstanbul-Ankara hattının yapımıyla başlayan hızlı demiryolu gelişimi bu hattın Kayseri, Sivas, Erzincan, Erzurum ve Horasan’a kadar uzatılmasıyla sürdü. Günümüzde Türkiye’de yaklaşık 9.900 km’lik demiryolu hattı üzerinde Devlet Demiryolları İşletmesi faaliyet göstermektedir. Demiryolu, yapımı pahalı fakat çok dayanıklı ve güvenli bir ulaşım sistemidir. Demiryolu yapımında doğal engeller, masrafı artırır.

Lokomotif ve vagonların keskin virajlar ve dik rampalarda yol alamayacağı göz önüne alındığında, ırmakların, derin çukurların, dağların aşılması için demiryolu hattı üzerinde köprüler yapılır, tüneller açılır. Demiryolu döşenecek toprak parçası seçildikten sonra yapılacak kazı ve doldurma işleri hesaplanır; yol, topografik yapıya uygun bir şekilde tesviye edildikten sonra üzerine balast denilen 30-50 cm genişliğinde taşlar döşenir. Bu taşların üzerine mıcır dökülür. Demiryolu hattının her iki tarafında yayaların geçişine uygun, pist denilen bir yol bulunur. Balast üzerine, içten içe 1.435 m boyunda tahta traversler, traverslerin üzerine de çelik raylar döşenir. Rayların boyları önceleri 72 m idi; daha sonradan uç uca kaynaklı raylar kullanılarak ray boyu 800-900 metreyi buldu. Düz yollarda raylar eşit düzeyde bağlanır; dönemeçlerde merkezkaç kuvveti dikkate alınarak dış dairede kalan rayın düzeyi, içtekine göre daha yüksek olur. Demiryollarında bugün elektrikli ve dizel motorlu lokomotifler hizmet görmektedir.