運輸區間內只有一條正線的鐵路，與複線鐵路相對應。在同一區間或同一閉塞分割槽內，同一時間只允許一列車執行，對向列車的交會和同向列車的越行只能在車站或避讓線內進行。單線並非只做單向行駛，單線是隻有兩根鐵軌，只能跑一趟列車，可雙向執行，但同一時間在某個區間內只能有一個去方向的列車，如果有對向列車就要在車站或其它越行線會車。

單線鐵路運輸效率低，一般是在有交通剛需但客貨流量又很有限的地方修建，如廣梅汕鐵路。有些地區的鐵路受到經濟成本、地勢環境或施工技術的制約而迫不得已只能先建成單線鐵路，如成昆鐵路。

單線鐵路可以建成環形軌道，透過單向週而復始的環行解決往返方向車輛的問題，一般在磁懸浮列車或單軌列車的實驗路段以及公園裡的娛樂小火車專案裡特別常見。