Rem vakum berfungsi sebagai sistem pengereman standar universal di kereta api sampai digantikan oleh sistem udara tekan yang lebih efisien dan aman yang digunakan saat ini. Sistem rem vakum berfungsi dengan menginduksi vakum dalam serangkaian selang yang mengalir di seluruh kereta. Selang-selang ini terhubung ke unit piston pada setiap kereta yang, ketika digerakkan oleh vakum, menutup kaliper rem pada roda kereta. Pada kereta uap yang lebih tua, vakum disuplai oleh ejector pada lokomotif sementara sistem yang lebih baru menggunakan pompa vakum yang digerakkan secara elektrik. Meskipun sistem udara tekan sekarang menjadi norma di sebagian besar kereta baru, masih ada operator kereta api yang menggunakan rolling stock dengan kombinasi udara tekan/rem vakum.
Meskipun umumnya efektif, sistem rem vakum sederhana memiliki satu kelemahan serius, terkadang fatal, yaitu, setiap putusnya selang membuat seluruh sistem tidak dapat beroperasi. “Tumit Achilles” yang memberatkan ini menyebabkan beberapa kecelakaan serius yang melibatkan kereta yang kabur dan akhirnya pemasangan sistem rem vakum otomatis yang lebih aman. Sistem vakum otomatis mengunci semua rem kereta jika ada gangguan pasokan vakum. Meskipun lebih aman, sistemnya masih lambat untuk diinisialisasi terutama dalam kasus kereta api yang panjang. Masalah kinerja ini perlahan-lahan menyebabkan pemasangan sistem pengereman udara tekan secara luas yang lebih cepat untuk digerakkan dan dilepaskan dan umumnya lebih aman.
Sistem rem vakum, pada intinya, memiliki garis atau pipa vakum sentral yang membentang sepanjang kereta. Saluran tersebut biasanya berupa pipa baja pada gerbong yang disambung dengan selang fleksibel di antara masing-masing gerbong. Kereta terakhir memiliki fitting kosong yang dimasukkan di ujung saluran vakumnya untuk menutup sirkuit. Pada lokomotif uap, ejektor memasok vakum untuk rem dan diatur oleh serangkaian tuas di kabin pengemudi. Ejector ini adalah perangkat venturi yang dioperasikan dengan uap sederhana yang menarik tekanan negatif yang cukup untuk menggerakkan sistem rem vakum.
Ketika gaya pengereman diperlukan, masinis kereta mengaktifkan ejektor yang menarik udara keluar dari jalur tengah, sehingga menciptakan kevakuman dalam sistem. Rakitan piston pengereman dipasang di bagian bawah setiap kereta dan terhubung ke saluran vakum pusat. Ketika digerakkan oleh tekanan negatif dalam sistem, piston ini mengaktifkan serangkaian hubungan yang menarik sepatu pemecah ke atas ke roda kereta. Saat rem dilepaskan, kevakuman berkurang dan udara mengalir kembali ke silinder piston yang menggerakkannya ke belakang dan membuka kembali kaliper rem untuk melepaskan roda.