Su elevada velocidad les permite competir con el transporte aéreo para distancias medias, del orden de los cientos de km.
En todos los casos se trata de vehículos y vías férreas desarrolladas de forma conjunta, dado que las velocidades alcanzadas requieren de técnicas específicas.
El tren de alta velocidad está considerado como el medio de transporte más seguro del mundo, por delante del avión. En los últimos 40 años solo ha habido cinco accidentes con víctimas mortales, siendo el más grave el accidente de Eschede.
En los años 1960 se comenzó en España a hacer pruebas de alta velocidad, superando los 200 km/h con un Talgo propulsado por una locomotora de la Serie 352 de Renfe y años más tarde con el prototipo de la Serie 443 de Renfe (el Platanito). No se empezó a estudiar como una propuesta real hasta el año 1986, cuando el Ministerio de Transporte preparó el Plan de Transporte Ferroviario (PTF). Ya en 1992 se inauguró la primera línea de alta velocidad en España con un ancho de vía de 1.435 mm, para la cual se adquirieron 18 trenes TGV (Tren a Gran Velocidad) fabricados por Gec Alsthom en ATEINSA ( Serie 100 de Renfe), tren que puede alcanzar una velocidad máxima de 300 km/h.
En la actualidad, España cuenta con una red de alta velocidad en expansión y una gran cantidad de modelos de trenes de alta velocidad, con diferentes tecnologías y soluciones de desarrollo propio, como el tren de muy alta velocidad Talgo AVRIL, o las aportadas por CAF para resolver problemas de diferentes anchos de vías o diferentes sistemas de señalización, además de llevar a la implantación comercial de velocidades cada vez más altas. El Gobierno Español cuenta tras la inauguración a finales de 2010 de la LAV Madrid - Valencia, con la segunda mayor red de alta velocidad ferroviaria existente, llegando a los 2.230 km, superando a países con alta tradición en esta tecnología, como Japón o Francia, e inmediatamente por debajo de China.
Los días 22 y 23 de diciembre de 2007 fueron inauguradas al público las líneas Madrid - Valladolid y Córdoba- Málaga, respectivamente. En marzo de 2008, con cierto retraso y salvando algunos problemas estructurales en la línea, también fue inaugurada oficialmente la línea Madrid - Barcelona (que ya unía Madrid con Zaragoza, Lleida y Tarragona).
