Höghastighetståg avser tåg som färdas på speciella spår i över 200 km/h (125 mph). International Union of railways beskriver ett höghastighetståg som ett som färdas snabbare än 250 km/h (155 mph) på dedikerade spår, eller 200 km/h på uppgraderade konventionella spår. Höghastighetståg används mest i Japan och Frankrike, men Kina och USA har var och en och överväger att adoptera ytterligare. Andra länder med höghastighetståg inkluderar Belgien, Tyskland, Italien, Portugal, Sydkorea, Spanien, Taiwan och Storbritannien. Världens första höghastighetståg var Tōkaidō Shinkansen, lanserad i oktober 1964, som färdades mellan Tokyo och Osaka i Japan.
Den senaste forskningen om höghastighetståg innebär att man använder maglev-spår, där magneter är noggrant arrangerade för att låta tåget faktiskt flyta ovanför spåren. Detta är relativt dyrt, men sänker friktionen avsevärt och ökar möjlig toppfart. Det japanska maglevtåget, JR-Maglev MLX01, nådde 361 mph (580.9 km/h) 2003, vilket satte rekordet för det snabbaste tåget. Rekordet för konventionella tåg sattes av den franska TGV, train a grande vitesse, som nådde 357.2 mph (574.8 km/h) den 3 april 2007.
Höghastighetståg är en effektiv form av transport i områden där befolkningstätheten är hög och avstånden är långa men inte för långa. Detta förklarar deras adoption i Frankrike och Japan. De längre förberedelsetiderna som är förknippade med att åka till flygplatsen, ta sig förbi säkerheten, ombordstigning, taxi och start gör höghastighetståg till ett tilltalande alternativ till flygresor under vissa omständigheter. Förslag har lagts fram för utveckling av höghastighetståg mellan Boston, New York och Washington, DC, på östkusten och mellan San Francisco och Sacramento i Kalifornien.
Några fördelar med höghastighetståg framför flygresor är större kapacitet, mindre bränsleförbrukning, lägre kostnader, mindre föroreningar och bättre säkerhet. Som en tumregel anses att höghastighetståg slår flygplan på bekvämlighet för resor under 3 timmar. För ett höghastighetståg som färdas i 300 km/h (186 mph) eller 400 km/h (249 mph), kan detta sträcka sig till betydande avstånd. Kapitalkostnaden för att investera i ett nytt höghastighetstågssystem och bygga de dedikerade spåren gör att investerare är försiktiga med sådana förslag, en fråga som också ses inom kärnkraft.