En vakuumbroms fungerade som det universella standardbromssystemet på järnvägståg tills det ersattes av de mer effektiva och säkra tryckluftssystemen som används idag. Vakuumbromssystemet fungerar genom att inducera ett vakuum i en serie slangar som löper genom hela tåget. Dessa slangar är anslutna till kolvenheter på varje vagn som, när de påverkas av vakuumet, stänger bromsok på vagnens hjul. På äldre ångtåg tillfördes vakuumet av ejektorer på loket medan nyare system utnyttjade elektriskt drivna vakuumpumpar. Även om tryckluftssystem nu är normen på de flesta nya tåg, finns det fortfarande järnvägsoperatörer som använder rullande materiel med en kombination av tryckluft/vakuumbromsar.
Även om de är generellt effektiva, har enkla vakuumbromssystem ett allvarligt, ibland dödligt fel, dvs. eventuella brott i slangarna gör att hela systemet inte fungerar. Denna fördömande ”akilleshäl” ledde till flera allvarliga olyckor med förrymda tåg och den slutliga installationen av det säkrare automatiska vakuumbromssystemet. Automatiska vakuumsystem låste ett tågs alla bromsar om det var något avbrott i vakuumtillförseln. Även om det var säkrare, var systemen fortfarande långsamma att initiera, särskilt när det gäller långa tåg. Dessa prestandaproblem ledde långsamt till den utbredda installationen av tryckluftsbromssystem som är snabbare att aktivera och frigöra och generellt sett säkrare.
Vakuumbromssystemet har i sitt hjärta en central vakuumledning eller ett rör som löper längs tåget. Linan är vanligtvis ett stålrör på vagnarna sammanfogade med flexibla slangar mellan de enskilda vagnarna. Den sista vagnen har en blank koppling i slutet av sin vakuumledning för att stänga kretsen. På ånglok tillhandahåller en ejektor vakuumet för bromsarna och regleras av en serie spakar i förarhytten. Dessa ejektorer är enkla ångdrivna venturianordningar som drar tillräckligt undertryck för att aktivera vakuumbromssystemet.
När bromskraft krävs aktiverar lokföraren ejektorn som drar ut luft från centrallinjen och skapar därmed ett vakuum i systemet. En bromskolvenhet är monterad på undersidan av varje vagn och ansluten till den centrala vakuumledningen. När den förflyttas av undertrycket i systemet aktiverar denna kolv en serie länkar som drar brytskorna upp mot vagnens hjul. När bromsarna släpps minskar vakuumet och luft strömmar tillbaka in i kolvcylindern och flyttar den tillbaka och öppnar bromsoket igen för att frigöra hjulen.