En tunnelbana är ett tågsystem som ligger helt under jord. Den första var Londons tunnelbana, som öppnade 1863, och många städer följde efter när de insåg hur användbart ett sådant tågsystem kunde vara. Eftersom tunnelbanor har en annan nivå än allmän trafik, kan de fungera helt autonomt, fria från trafik och andra problem på ytgator. De använder dedikerade spår, så att de också kan köra snabbt och ofta, vilket gör dem till ett värdefullt komplement till ett kollektivtrafiknätverk.
Vanligtvis går en tunnelbana på el, som ofta tillhandahålls genom den så kallade ”tredje järnvägen”. Tågen går på två traditionella spår, precis som tåg ovan jord, och de driver sig själva genom paddlar fästa på den tredje rälsen. Den här skenan utgör en avsevärd fara för människor som är dumma nog att hoppa på spåren, eftersom den har mycket hög spänning och är exponerad utan isolering. På grund av oro för den tredje räls, är spåren vanligtvis nedsänkta under nivån på stationens perrong för att avskräcka från att hoppa, och passagerare påminns om att stå borta från perrongkanten om de inte går ombord.
I vissa fall kan ett tunnelbanesystem integreras ovan jord eller förhöjda spår utöver ett underjordiskt system. Vanligtvis förblir tunnelbanan underjordisk i den centrala delen av staden, medan förhöjda spår förgrenar sig till mindre trafikerade områden. Dessa spår kan också nätverka med andra transitsystem, såsom pendeltåg som tar in människor från förorterna, eller ett stadsbusssystem.
Liksom andra former av kollektivtrafik är de flesta tunnelbanor kraftigt subventionerade av de regioner de kör i. Dessa subventioner håller priserna relativt billiga, vilket uppmuntrar pendlare att välja tåget framför personliga fordon. När det är välskött och nätverk med annan transit kan det spela en betydande roll för att minska den allmänna trafiken, göra en stad trevligare att leva, arbeta och leka i.
I många städer innehåller en tunnelbana flera spårsystem som breder ut sig under en stad för bred täckning. Frekventa stationer längs spåren säkerställer att människor snabbt kan nå sina destinationer. Människor debiteras ofta för längden på sin resa, även om passagerare i vissa områden använder transitkort som debiterar per resa, eller av hur lång tid de spenderar på tunnelbanan. Tågbolaget anstränger sig vanligtvis för att göra systemet lättnavigerat och gästvänligt för besökarna, så att de inte ska öka trafikstockningarna under vistelsen i staden.