ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าของทางรถไฟหมายถึงประเภทต่างๆ ของหัวรถจักรและตู้โดยสารที่ใช้ในระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าทั่วโลก

การใช้ไฟฟ้ากับทางรถไฟเพื่อขับเคลื่อนเกิดขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้า แม้ว่าการทดลองเกี่ยวกับทางรถไฟไฟฟ้าจะย้อนกลับไปได้ถึงกลางศตวรรษที่สิบเก้าก็ตาม^{[ 1 ]}โทมัส เดเวนพอร์ตในเมืองแบรนดอน รัฐเวอร์มอนต์ ได้สร้าง ทางรถไฟจำลองวงกลมซึ่งมีหัวรถจักรที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่ (หรือหัวรถจักรที่วิ่งบนรางที่ใช้พลังงานแบตเตอรี่) ในปี 1834 ^{[ 1 ]}โรเบิร์ต เดวิดสันแห่งเมืองอะเบอร์ดีนประเทศสกอตแลนด์ ได้สร้างหัวรถจักรไฟฟ้าในปี 1839 และวิ่งบนทางรถไฟเอดินบะระ-กลาสโกว์ด้วยความเร็ว 4 ไมล์ต่อชั่วโมง^{[ 1 ]}หัวรถจักรไฟฟ้ารุ่นแรกๆ มักใช้พลังงานแบตเตอรี่^{[ 1 ]}ในปี 1880 โทมัส เอดิสันได้สร้างทางรถไฟไฟฟ้าขนาดเล็ก โดยใช้ไดนาโมเป็นมอเตอร์และรางเป็นตัวนำกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ไหลผ่านขอบโลหะของล้อไม้ โดยรับกระแสไฟฟ้าผ่านแปรงสัมผัส^{[ 1 ]}

ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ามีข้อดีหลายประการเหนือกว่า ระบบขับเคลื่อน ด้วยไอน้ำ ซึ่งเป็นระบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในขณะ นั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านอัตราเร่งที่รวดเร็ว (เหมาะสำหรับบริการในเมือง (รถไฟฟ้าใต้ดิน) และชานเมือง (รถไฟโดยสาร)) และกำลังที่สูงกว่า (เหมาะสำหรับรถไฟบรรทุกสินค้าหนักที่วิ่งผ่านพื้นที่ภูเขา/เนินเขา) ระบบดังกล่าวเกิดขึ้นมากมายในช่วงยี่สิบปีแรกของศตวรรษที่ยี่สิบ

ระบบขับเคลื่อน ด้วยกระแสตรง (DC) ใช้กระแสไฟฟ้าที่ดึงมาจากรางที่สาม ราง ที่สี่แหล่งจ่ายไฟระดับพื้นดินหรือสายส่งเหนือศีรษะ โดยแรงดันไฟฟ้า กระแสสลับ (AC) จะถูกแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง (DC) โดยใช้ตัวแปลงกระแสไฟฟ้า (Rectifier )

ระบบขับเคลื่อน ด้วยกระแสสลับ (AC) ประกอบด้วยอินเวอร์เตอร์และสร้างกำลังขับเคลื่อนที่แปรผันตามความถี่ของกระแสสลับ รถไฟสมัยใหม่ส่วนใหญ่ติดตั้งระบบนี้ เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำกว่าและปรับขนาดได้ง่ายกว่าเมื่อเทียบกับระบบ ขับเคลื่อน ด้วยกระแสตรง (DC)

เนื่องจากระบบไฟฟ้าของทางรถไฟมีความหลากหลาย ซึ่งอาจแตกต่างกันแม้กระทั่งภายในประเทศเดียวกัน รถไฟจึงมักต้องเปลี่ยนจากระบบหนึ่งไปอีกระบบหนึ่ง วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการเปลี่ยนหัวรถจักรที่สถานีสับเปลี่ยน สถานีเหล่านี้มีสายไฟเหนือศีรษะที่สามารถสลับแรงดันไฟฟ้าได้ ดังนั้นรถไฟจึงมาถึงด้วยหัวรถจักรหนึ่งและออกเดินทางด้วยอีกหัวรถจักรหนึ่ง สถานีสับเปลี่ยนมีส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากและมีราคาแพงมาก

สถานีสับเปลี่ยนรางที่มีราคาถูกกว่าอาจมีระบบจ่ายไฟฟ้าที่แตกต่างกันที่ทางออกทั้งสองฝั่ง โดยไม่มีสายไฟที่สามารถสลับได้ แต่แรงดันไฟฟ้าบนสายไฟจะเปลี่ยนไปโดยผ่านช่องว่างเล็กๆ ใกล้กับกลางสถานี หัวรถจักรไฟฟ้าจะแล่นเข้ามาในสถานีโดยที่แผ่นรับกระแสไฟฟ้า (pantograph) ลง และหยุดอยู่ใต้สายไฟที่มีแรงดันไฟฟ้าผิด จากนั้นพนักงานสับเปลี่ยนรางดีเซลสามารถนำหัวรถจักรกลับไปยังฝั่งที่ถูกต้องของสถานีได้ ทั้งสองวิธีนี้ไม่สะดวกและเสียเวลา โดยใช้เวลาประมาณสิบนาที

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ ระบบขับเคลื่อน หลายระบบที่สามารถทำงานได้ภายใต้แรงดันและกระแสไฟฟ้าหลายประเภท ในยุโรป หัวรถจักรแบบสอง สาม และสี่ระบบสำหรับการขนส่งสินค้าข้ามพรมแดนกำลังกลายเป็นสิ่งที่พบเห็นได้ทั่วไป (1.5 kV DC, 3 kV DC, 15 kV 16.7 Hz AC, 25 kV 50 Hz AC) ^{[ 2 ]} หัวรถจักรและรถไฟหลายขบวนที่ติดตั้งระบบดังกล่าวสามารถเปลี่ยนจากระบบไฟฟ้าหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งได้โดยไม่ต้องหยุด ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าสายและกฎการใช้งาน โดยจะวิ่งต่อไปอีกระยะหนึ่งในช่วงเปลี่ยนผ่าน ผ่านช่วงที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน

รถไฟ ยูโรสตาร์ที่วิ่งผ่านอุโมงค์ช่องแคบอังกฤษใช้ระบบหลายราง ส่วนสำคัญของเส้นทางใกล้ลอนดอนใช้ ระบบ รางที่สาม 750 โวลต์ DC ของทางตอนใต้ของอังกฤษ เส้นทางเข้าบรัสเซลส์ใช้ระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 3 กิโลโวลต์ DC ส่วนที่เหลือของเส้นทางใช้ระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 25 กิโลโวลต์ 50 เฮิรตซ์ ความจำเป็นในการใช้รางที่สามเพื่อเข้าสู่สถานีลอนดอนวอเตอร์ลู สิ้นสุดลงเมื่อการก่อสร้างเส้นทางรถไฟ ความเร็วสูงสาย 1เสร็จสมบูรณ์ในปี 2550 ทางตอนใต้ของอังกฤษใช้หัว รถจักรแบบสองระบบ คือ สายส่งไฟฟ้า แรงสูง / รางที่สามเช่น หัวรถจักร คลาส 92สำหรับอุโมงค์ช่องแคบอังกฤษ และตู้โดยสารหลายตู้ เช่นคลาส 319สำหรับ บริการรถไฟ เทมส์ลิงก์เพื่อให้สามารถวิ่งผ่านระหว่างรางที่สาม 750 โวลต์ DC ทางใต้ของลอนดอน และสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 25 กิโลโวลต์ AC ทางเหนือและตะวันออกของลอนดอนได้

หัวรถจักรไฟฟ้าดีเซลซึ่งสามารถวิ่งได้เหมือนหัวรถจักรไฟฟ้าบนเส้นทางที่มีกระแสไฟฟ้า แต่มีเครื่องยนต์ดีเซลติดตั้งอยู่ภายในสำหรับส่วนที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าหรือทางแยก ได้ถูกนำมาใช้ในหลายประเทศ ตัวอย่างเช่น หัวรถจักรClass 73 ของอังกฤษ จากทศวรรษ 1960 และ แนวคิด " ไมล์สุดท้าย"จากราวปี 2011 ซึ่งหัวรถจักรขนส่งสินค้าไฟฟ้าสามารถวิ่งในทางแยกโดยใช้พลังงานดีเซลได้ ( TRAX โหมดคู่ )

ในศตวรรษที่ 20 มีการใช้งานรถรางและหัวรถจักรไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่อยู่บ้าง แต่โดยทั่วไปแล้วการใช้พลังงานจากแบตเตอรี่นั้นไม่เหมาะสม ยกเว้นในระบบการทำเหมืองใต้ดิน ดูเพิ่มเติมที่รถรางแบบใช้แบตเตอรี่และ หัวรถจักร แบบ ใช้แบตเตอรี่

ระบบ รถไฟความเร็วสูงหลายแห่งใช้รถไฟไฟฟ้า เช่นชินคันเซ็นและทีจีวี

• รถไฟความเร็วสูง
• รถไฟแม่เหล็ก
• รถราง

• หน้าเว็บทางเทคนิคเกี่ยวกับรถไฟ – รวมถึงหน้าเว็บเกี่ยวกับระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
• บทสรุปโดยย่อเกี่ยวกับประวัติศาสตร์การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าจนถึงช่วงทศวรรษ 1880 โดยเน้นที่การทดลองของโทมัส เอดิสัน