รางรถไฟที่ใช้ในทางรถไฟสายแรก ( ทางรถไฟลิเวอร์พูลและแมนเชสเตอร์ ) ประกอบด้วยบล็อกหินสองก้อนวางลงบนพื้นดิน โดยมีคานยึดรางติดอยู่กับบล็อกเหล่านั้น ข้อดีอย่างหนึ่งของวิธีการก่อสร้างนี้คือ ช่วยให้ม้าสามารถเดินบนทางตรงกลางได้โดยไม่เสี่ยงต่อการสะดุดล้ม ในการใช้งานทางรถไฟที่มีหัวรถจักรขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ พบว่าเป็นการยากที่จะรักษาระยะห่างของรางให้ถูกต้องบล็อกหินนั้นไม่เหมาะสมกับพื้นดินที่อ่อนนุ่ม เช่น ที่แชทมอสส์ซึ่งต้องใช้ไม้เป็นหมอนรองราง แทน หมอนรองราง แบบสอง บล็อก ที่มีเหล็กยึดนั้นค่อนข้างคล้ายกัน

ในอดีต หมอนรองรางรถไฟทำจากไม้โดยการสับด้วยขวาน เรียกว่าหมอนรองรางที่ตัดด้วยขวานหรือเลื่อยเพื่อให้ได้ด้านเรียบอย่างน้อยสองด้านมีการใช้ไม้เนื้ออ่อนและ ไม้ เนื้อแข็ง หลายชนิดทำหมอนรองราง โดยไม้ โอ๊ค ไม้ จาร์ราห์และไม้คาริเป็นไม้เนื้อแข็งที่นิยมใช้ แม้ว่าจะหาได้ยากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะจากแหล่งที่ยั่งยืน^{[ 6 ]}บางเส้นทางใช้ไม้เนื้ออ่อนเช่นไม้ดักลาสเฟอร์แม้ว่าจะมีข้อดีคือรับการบำบัด ได้ ง่ายกว่า แต่ก็สึกหรอได้ง่ายกว่า แต่มีราคาถูกกว่า เบากว่า (และจึงจัดการได้ง่ายกว่า) และหาได้ง่ายกว่า^{[ 6 ]}

ไม้ เนื้ออ่อนได้รับการบำบัด โดยครีโอโซตเป็นสารกันบูดที่ใช้กันทั่วไปสำหรับไม้หมอนรถไฟ สารกันบูดอื่นๆ ที่ใช้ ได้แก่เพนตาคลอโรฟีนอลและโครเมตคอปเปอร์อาร์เซเนตบางครั้งก็ใช้สารกันบูดที่ไม่เป็นพิษ เช่นคอปเปอร์อะโซลหรือคอปเปอร์ ไมโครไนซ์ เทคโนโลยีการรักษาเนื้อไม้ แบบใหม่ ที่ใช้ โบรอนเป็นส่วนประกอบกำลังถูกนำมาใช้โดยบริษัทรถไฟรายใหญ่ของสหรัฐฯ ในกระบวนการบำบัดแบบคู่ เพื่อยืดอายุการใช้งานของไม้หมอนรถไฟในพื้นที่เปียก^{[ 7 ]}ไม้บางชนิด (เช่นไม้สาละไม้โมราไม้ จาร์ ราห์หรือไม้อะโซเบ ) มีความทนทานเพียงพอที่จะใช้ได้โดยไม่ต้องบำบัด^{[ 8 ]}

ปัญหาที่พบได้บ่อยในหมอนรองรางรถไฟที่ทำจากไม้ ได้แก่ การผุพัง การแตก การถูกแมลงรุกราน การสึกกร่อนของแผ่นยึดหมอน (หรือที่รู้จักกันในสหราชอาณาจักรว่า chair shuffle) (ความเสียหายจากการเสียดสีที่เกิดจากการเคลื่อนที่ด้านข้างของแผ่นยึดหมอน) และการหลุดของเดือย (ซึ่งเดือยจะค่อยๆ หลุดออกจากหมอน) นอกจากนี้ หมอนรองรางรถไฟที่ทำจากไม้ยังอาจติดไฟได้ เมื่อเวลาผ่านไปจะเกิดรอยแตกที่ทำให้ประกายไฟเข้าไปติดอยู่และก่อให้เกิดไฟไหม้ได้ง่ายขึ้น

Concrete ties are cheaper and easier to obtain than timber and better able to carry higher axle-weights and sustain higher speeds. Their greater weight ensures improved retention of track geometry, especially when installed with continuous-welded rail. Concrete ties have a longer service life and require less maintenance than timber due to their greater weight, which helps them remain in the correct position longer. Concrete ties need to be installed on a well-prepared subgrade with an adequate depth on free-draining ballast to perform well. It is a common misconception that concrete ties amplify wheel noise. A study done as part of Euronoise 2018 proved this false, showing concrete sleepers to be an average of 2dB(A) quieter than wooden ones, however with a greater acoustic sharpness on straight stretches of track. Concrete ties were however shown to be quieter than wooden ties almost universal across the audible frequency band on curves.^[9] This causes train noise when over concrete ties to potentially be subjectively perceived as louder than train noise over wooden ties.

On the highest categories of line in the UK (those with the highest speeds and tonnages), pre-stressed concrete ties are the only ones permitted by Network Rail standards.

Most European railways also now use concrete bearers in switches and crossing layouts due to the longer life and lower cost of concrete bearers compared to timber, which is increasingly difficult and expensive to source in sufficient quantities and quality.

Steel ties are formed from pressed steel and are trough-shaped in section. The ends of the tie are shaped to form a "spade" which increases the lateral resistance of the tie. Housings to accommodate the fastening system are welded to the upper surface of the tie. Steel ties are now in widespread use on secondary or lower-speed lines in the UK where they have been found to be economical to install due their ability to be installed on the existing ballast bed. Steel ties are lighter in weight than concrete and able to stack in compact bundles unlike timber. Steel ties can be installed onto the existing ballast, unlike concrete ties which require a full depth of new ballast. Steel ties are 100% recyclable and require up to 60% less ballast than concrete ties and up to 45% less than wood ties.

ในอดีต หมอนรองรางเหล็กมักประสบปัญหาจากการออกแบบที่ไม่ดีและภาระการจราจรที่เพิ่มขึ้นตลอดอายุการใช้งานที่ยาวนานตามปกติ การออกแบบที่เก่าและล้าสมัยเหล่านี้จำกัดความสามารถในการรับน้ำหนักและความเร็ว แต่ยังคงพบได้ในหลายพื้นที่ทั่วโลกและยังคงใช้งานได้อย่างเพียงพอแม้จะใช้งานมานานหลายทศวรรษ มีหมอนรองรางเหล็กจำนวนมากที่มีอายุการใช้งานมากกว่า 50 ปี และในบางกรณีสามารถและได้รับการบูรณะและยังคงใช้งานได้ดี หมอนรองรางเหล็กยังถูกนำไปใช้ในสถานการณ์พิเศษ เช่นทางรถไฟฮิญาซในคาบสมุทรอาหรับซึ่งสภาพอากาศที่แห้งแล้งและร้อนทำให้หมอนรองรางไม้ไม่เหมาะสม^{[ 10 ]}

หมอนรองรางเหล็กสมัยใหม่สามารถรับน้ำหนักได้มาก มีประวัติการใช้งานที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในระบบรางที่มีสัญญาณ และรับมือกับสภาพรางที่ไม่เอื้ออำนวยได้ดี สิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบริษัทรถไฟคือ หมอนรองรางเหล็กมีต้นทุนการติดตั้งที่ประหยัดกว่าหมอนรองรางไม้ที่ผ่านการบำบัดด้วยครีโอโซตและหมอนรองรางคอนกรีตในการก่อสร้างใหม่ หมอนรองรางเหล็กถูกนำไปใช้ในเกือบทุกภาคส่วนของระบบรถไฟทั่วโลก รวมถึงการขนส่งสินค้าหนัก รถไฟชั้น 1 รถไฟระดับภูมิภาค รถไฟสายสั้น เหมืองแร่ รถไฟโดยสารไฟฟ้า (OHLE) และอุตสาหกรรมทุกประเภท ที่สำคัญ หมอนรองรางเหล็ก (ตัวรองรับ) ได้พิสูจน์ตัวเองในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมาว่ามีข้อดีในการใช้งานที่ทางแยก (สวิตช์/จุดเปลี่ยนราง) และเป็นทางออกสำหรับปัญหาที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ของหมอนรองรางไม้ที่ยาวสำหรับการใช้งานดังกล่าว

เมื่อมีการหุ้มฉนวนเพื่อป้องกันการนำไฟฟ้าผ่านหมอนรองรางเหล็กแล้ว หมอนรองรางเหล็กสามารถใช้ร่วมกับ ระบบตรวจ จับรถไฟและระบบตรวจสอบความสมบูรณ์ของรางที่ใช้หลักวงจรไฟฟ้าได้ แต่หากไม่มีการหุ้มฉนวน หมอนรองรางเหล็กจะสามารถใช้ได้เฉพาะกับเส้นทางที่ไม่มีสัญญาณบล็อกและทางข้ามระดับหรือกับเส้นทางที่ใช้ระบบตรวจจับรถไฟรูปแบบอื่น เช่นเครื่องนับเพลาเท่านั้น

เมื่อไม่นานมานี้ บริษัทหลายแห่งได้จำหน่ายหมอนรองรางรถไฟคอมโพสิตที่ผลิตจากเรซินพลาสติกรีไซเคิล^{[ 11 ]}และ ยาง รีไซเคิลผู้ผลิตอ้างว่ามีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหมอนรองรางไม้ โดยมีอายุการใช้งานที่คาดการณ์ไว้ในช่วง 30–80 ปี หมอนรองรางเหล่านี้ไม่ผุพังและไม่ ถูก แมลงกัดกิน^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}และสามารถดัดแปลงโดยการทำร่องพิเศษที่ด้านล่างเพื่อให้มีความเสถียรด้านข้างเพิ่มเติม^{[ 12 ]}ในการใช้งานรางหลักบางประเภท หมอนรองรางพลาสติกไฮบริดมีดีไซน์แบบเว้าเพื่อให้ล้อมรอบด้วยหินบัลลาสต์อย่าง สมบูรณ์

Aside from the environmental benefits of using recycled material, plastic ties usually replace timber ties soaked in creosote, the latter being a toxic chemical,^[15] and are theoretically recyclable.^[12] However, plastics may shed microplastics and leach other possibly toxic chemicals such as ultraviolet inhibitors.

Hybrid plastic railroad ties and composite ties are used in other rail applications such as underground mining operations,^[16] industrial zones, humid environments and densely populated areas. Hybrid railroad ties are also used to replace individual rotted wood ties, which will result in intermingled hybrid and wood ties and continuous track stiffness. Hybrid plastic ties and composite ties also offer benefits on bridges and viaducts, because they lead to better distribution of forces and reduction of vibrations into respectively bridge girders or the ballast. This is due to better damping properties of hybrid plastic ties and composite ties, which will decrease the intensity of vibrations as well as the sound production.^[17] In 2009, Network Rail announced that it would begin replacing wooden ties with recycled plastic.^[18] but I-Plas became insolvent in October 2012.^[19]

In 2012, New Zealand ordered a trial batch of "EcoTrax" brand recycled composite ties from Axion for use on turnouts and bridges,^[20][21] and a further three-year order in 2015,^[22] but then Axion filed for bankruptcy in December 2015,^[23] though it continues to trade.^[24] These ties are developed by Dr. Nosker at Rutgers University.^[25]

Composite sleepers, manufactured from various recycled plastics, were introduced in Wiltshire, United Kingdom, in 2021. They were installed as an alternative to wooden sleepers, on a bridge where concrete sleepers would have been too heavy. Although it was the first instance of plastic sleepers being installed on mainline track in the country, they have previously been used on narrow-gauge railways.^[26]

Ties may also be made from fiberglass.^[27]

Wheel timbers are used in places where additional structural support is needed, such as bridges, or under points. Crossing timbers are placed perpendicular to the rail, and are longer or wider than traditional railway sleepers^[28]. When used on a bridge, they may be joined to the bridge and provide part of the structural strength of the bridge. Waybeams or longitudinal wheel timbers are wheel timbers that are laid parallel to the track in place of the track ballast, typically on bridges.^[28][29].

An unusual form of tie is the Y-shaped tie, first developed in 1983. Compared to conventional ties, the volume of ballast required is reduced due to the load-spreading characteristics of the Y-tie.^[30] Noise levels are high but the resistance to track movement is very good.^[31] For curves the three-point contact of a Y steel tie means that an exact geometric fit cannot be observed with a fixed attachment point.

The cross section of the ties is an I-beam.^[32]

As of 2006, less than 1,000 km (621 mi) of Y-tie track had been built, of which approximately 90 percent is in Germany.^[30]

The ZSX Twin tie is manufactured by Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG and is a pair of two pre-stressed concrete ties longitudinally connected by four steel rods.^[33] The design is said to be suitable for track with sharp curves, track subject to temperature stress such as that operated by trains with eddy brakes, and bridges, and as transition track between traditional track and slab track or bridges.^[34]

Concrete monoblock ties have also been produced in a wider form (e.g. 57 cm or 22+1⁄2 in) such that there is no ballast between the ties; this wide tie increases lateral resistance and reduces ballast pressure.^[35][36][37] The system has been used in Germany^[38] where wide ties have also been used in conjunction with the GETRAC A3 ballastless track systems.^[39][40]

หมอนรองรางแบบไบบล็อก (หรือทวินบล็อก) ประกอบด้วยฐานรองรางคอนกรีตสองอันที่เชื่อมต่อกันด้วยเหล็กเส้น ข้อดี ได้แก่ ความต้านทานด้านข้างที่เพิ่มขึ้นและน้ำหนักที่เบากว่าหมอนรองรางคอนกรีตแบบโมโนบล็อก รวมถึงการขจัดความเสียหายจากแรงบิดที่จุดศูนย์กลางของหมอนรองรางเนื่องจากการเชื่อมต่อเหล็กที่ยืดหยุ่นกว่า^{[ 41 ]}หมอนรองรางประเภทนี้มีการใช้งานทั่วไปในฝรั่งเศส^{[ 42 ]} และใช้ใน เส้นทาง รถไฟ ความเร็วสูงTGV ^{[ 43 ]}หมอนรองรางแบบไบบล็อกยังใช้ในระบบรางแบบไม่มีบัลลาสต์อีกด้วย^{[ 42 ]} สามารถแปลงขนาดรางได้โดยการตัดและเชื่อมเหล็กเส้นให้มีขนาดที่เหมาะสมกับขนาดรางใหม่

รางยึดโครง ( ภาษาเยอรมัน: Rahmenschwelle ) ประกอบด้วยชิ้นส่วนด้านข้างและด้านยาวในคอนกรีตหล่อชิ้นเดียว^{[ 32 ]}ระบบนี้ใช้ในประเทศออสเตรีย^{[ 32 ]}ในระบบของออสเตรีย รางจะถูกยึดที่มุมทั้งสี่ของโครง และยังได้รับการรองรับตรงกลางของโครงด้วย รางยึดโครงที่อยู่ติดกันจะชนกันอย่างใกล้ชิด ข้อดีของระบบนี้เมื่อเทียบกับรางไขว้แบบดั้งเดิมคือการรองรับรางที่เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ วิธีการก่อสร้างที่ใช้สำหรับรางประเภทนี้ยังคล้ายกับที่ใช้สำหรับรางแบบดั้งเดิม^{[ 44 ]}

ในรางแบบขั้นบันได ไม้หมอนจะวางขนานกับรางและมีความยาวหลายเมตรโครงสร้างคล้ายกับ รางแบบคานขวาง ของบรูเนล ไม้หมอน แนวยาวเหล่านี้สามารถใช้ร่วมกับหินรองราง หรือใช้ร่วมกับ วัสดุรองรับ ที่เป็นยางยืดบนฐานรองที่แข็งแรงโดยไม่ใช้หินรองรางก็ได้