Termen ”tung järnväg” har olika betydelser, beroende på region i världen. Allmänt sett definieras tunga järnvägar som ett intercity-tågtransportsystem som går på särskilda spår som har en separat ledningsrätt. Vissa amerikaner använder också termen med hänvisning till snabb transitering, såsom förhöjda tunnelbanespår i New York och Chicago. Denna amerikanska användning är avsedd att skilja dessa system från andra tågsystem för kollektivtrafik som kan dela vägen med trafiken.
Vanligtvis körs tunga järnvägsspår från en stad till en annan av en enda tågoperatör, men detta företag kan tillåta andra företag att använda spåren. På så sätt kan operatörerna skapa ett nätverk av användbara spår utan att behöva lägga ut dem personligen. Eftersom spåren delas mellan flera operatörer är spårvidden standardiserad för att säkerställa att alla tåg får plats på dem. Användningen av spåren är också noggrant planerad för att undvika kollisioner.
Till skillnad från intracity light rail, hanterar tunga järnvägar gods utöver passagerare. Tågen i sig kan vara tyngre eller lättare än de som används i stadstrafik, och de tenderar att vara långsammare. De är också designade för långa resor, med passagerartåg som erbjuder badrum, matvagnar och sovplatser. Dessa tåg kan bli mycket långa och besvärliga, så lutningen på tung järnväg hålls medvetet mjuk, så att tågen inte behöver klättra uppför branta berg eller snabbt ner. Spåren brukar också vara mjukt böjda, så att tågen inte välter när de svänger i hög hastighet.
Eftersom tunga järnvägsspår körs på separat framkörningsrätt behöver tåget sällan hantera fordonstrafik. Undantaget från denna regel förekommer vid tågkorsningar, där ett tåg kan behöva korsa en allmän genomfartsled för att nå en destination. I det här fallet har tåget vanligtvis företräde, även om det saktar ner innan det når korsningen för att säkerställa att alla bilar i närheten stoppas. För förare kan väntan vid en tågövergång vara frustrerande när tåget är extremt långt.
Särskilt i USA regerade tunga järnvägar en gång i tiden, med tusentals miles av tågspår som korsade landet. Med uppkomsten av lastbilstransporter minskade användningen av tunga järnvägar, även om många varor fortfarande transporteras med tåg. Vissa tågentusiaster tänker med glädje på den här eran och de ägnar mycket tid och energi åt att forska om tunga järnvägssystem. Många av dessa tågentusiaster tycker också mycket om att ta tågresor, de föredrar tåget framför att köra, flyga och åka buss eftersom det tillåter dem att sakta njuta av landet medan de reser.