Rel berkecepatan tinggi mengacu pada kereta api yang berjalan di jalur khusus dengan kecepatan lebih dari 200 km/jam (125 mph). Persatuan Kereta Api Internasional menggambarkan kereta berkecepatan tinggi sebagai kereta yang melaju lebih cepat dari 250 km/jam (155 mph) di jalur khusus, atau 200 km/jam di jalur konvensional yang ditingkatkan. Kereta berkecepatan tinggi paling banyak digunakan di Jepang dan Prancis, tetapi China dan Amerika Serikat masing-masing memilikinya dan sedang mempertimbangkan untuk diadopsi lebih lanjut. Negara lain yang memiliki kereta berkecepatan tinggi antara lain Belgia, Jerman, Italia, Portugal, Korea Selatan, Spanyol, Taiwan, dan Inggris. Kereta berkecepatan tinggi pertama di dunia adalah Tōkaidō Shinkansen, diluncurkan pada Oktober 1964, yang melakukan perjalanan antara Tokyo dan Osaka di Jepang.
Penelitian terbaru tentang rel kecepatan tinggi melibatkan penggunaan trek maglev, di mana magnet diatur dengan hati-hati untuk memungkinkan kereta benar-benar melayang di atas rel. Ini relatif mahal, tetapi sangat menurunkan gesekan dan meningkatkan kemungkinan kecepatan tertinggi. Kereta maglev Jepang, JR-Maglev MLX01, mencapai 361 mph (580.9 kph) pada tahun 2003, memecahkan rekor kereta tercepat. Rekor kereta api konvensional dibuat oleh TGV Prancis, kereta grande vitesse, yang mencapai 357.2 mph (574.8 kph) pada 3 April 2007.
Kereta api berkecepatan tinggi merupakan bentuk transportasi yang efektif di daerah yang kepadatan penduduknya tinggi dan jaraknya jauh tetapi tidak terlalu jauh. Ini menjelaskan adopsi mereka di Prancis dan Jepang. Waktu persiapan yang lebih lama terkait dengan pergi ke bandara, melewati keamanan, naik, taksi dan lepas landas, membuat kereta api berkecepatan tinggi alternatif yang menarik untuk perjalanan udara dalam keadaan tertentu. Proposal telah diajukan untuk pengembangan kereta api berkecepatan tinggi antara Boston, New York, dan Washington, DC, di Pantai Timur dan antara San Francisco dan Sacramento di California.
Beberapa keuntungan dari kereta api berkecepatan tinggi dibandingkan perjalanan udara adalah kapasitas yang lebih besar, pengeluaran bahan bakar yang lebih sedikit, biaya yang lebih rendah, polusi yang lebih sedikit, dan keamanan yang lebih baik. Sebagai aturan praktis, kereta berkecepatan tinggi dianggap mengalahkan pesawat dalam hal kenyamanan untuk perjalanan di bawah 3 jam. Untuk kereta berkecepatan tinggi yang melaju dengan kecepatan 300 kph (186 mph) atau 400 kph (249 mph), ini dapat meluas hingga jarak yang signifikan. Biaya modal untuk berinvestasi dalam sistem kereta api berkecepatan tinggi baru dan membangun jalur khusus membuat investor waspada terhadap proposal semacam itu, masalah yang juga terlihat dalam tenaga nuklir.