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単線鉄道とは、双方向の列車が同じ線路を共有する鉄道のことです。単線鉄道は通常、利用頻度の低い路線、特に支線などで見られます。こうした路線では、交通量が少ないため、 2本目の線路を建設・維持する費用に見合うだけのメリットが得られないからです。
単線は建設費と維持費が大幅に安いものの、運用面と安全面で不利な点がある。例えば、所要時間が15分の単線では、安全に運行できる列車の数は、片方向につき1時間に2本までとなる。一方、信号所が4分間隔で設置された複線では、すべての列車が同じ速度で走行する場合、片方向につき1時間に最大15本の列車を安全に運行できる。単線の容量制限は、隔日で一方通行にすることで部分的に克服できる可能性がある。
貨物列車が長編成の場合、すれ違い区間が十分に長くないと問題が生じます。その他の欠点としては、遅延が連鎖的に発生することが挙げられます。単線では、1本の列車が遅延すると、その列車の通過を待っている他の列車も遅延してしまうためです。また、単線では、1本の線路が閉鎖された場合でも、輸送能力を低下させて運行を継続できる「予備」線路がありません。
単線路線を複数の列車が同時に利用するように設計する場合、異なる方向に走行する列車がすれ違うことができるように、線路沿いに一定間隔で待避線（待避側線または交差ループとも呼ばれる）を設ける必要があります。待避線は、通常1本の列車が停車できる長さの短い複線区間で構成されています。待避線に最初に到着した列車は、2番目の列車が通過できるように本線から離れなければなりません。単線路線の容量は、待避線の数によって決まります。待避線は、同じ方向に異なる速度で走行する列車が追い越しをするためにも使用されます。
イギリスのアビー線やクロアチアのL202鉄道など、単純なシャトルサービスを備えた一部の孤立した支線では、単線区間が待避線なしで「1列車運行」の原則に基づいて運行される場合があり、その場合、一度に1本の列車のみが線路を走行することが許可されます。
待避線は、単線鉄道における列車のすれ違いも可能にする。
待避線のある単線では、正面衝突の危険性が特に高いため、一度に一方向の列車のみが単線区間を使用できるようにするための措置を講じる必要があります。何らかの信号システムが必要です。英国の伝統的な慣習（および英国の慣習を採用している国）では、単線はトークンシステムを使用して運行されており、列車の運転士は単線区間に入るためにトークンを所持していなければなりませんでした。各単線区間ごとに一度に発行されるトークンは1つだけであったため、一度に複数の列車がその区間を走行することは不可能でした。この方法は現在でも一部の小規模路線で使用されていますが、英国で最も長い単線路線（スコットランドのハイランド地方など）では、無線通信、いわゆる無線電子トークンブロックに取って代わられています。
北米の鉄道黎明期には、運行管理者が特定の時刻に列車がどこにいる予定かを把握し、予定されていないときは単線区間に進入しないという、単純な時刻表に基づく運行が一般的でした。これは概ね機能していましたが、柔軟性に欠け、非効率的でした。電信の発明と列車指令の発行が可能になったことで、この状況は改善されました。
単線鉄道を複線鉄道に改造することを複線化または二重線化といい、複線鉄道を単線鉄道に改造することを単線化といいます。複線鉄道が単線のみで運行されている場合は、単線運行と呼ばれます。 カークビー駅（1977年まで）とオームズカーク駅（1970年まで）は複線鉄道でしたが、プラットフォームを乗り換えられる単線鉄道に改造されました。
鉄道回廊に自転車道を建設した例は限られていますが、自転車道のために鉄道用地を開発すると、鉄道回廊が単線に制限される可能性があります。また、鉄道回廊を再び列車に利用するために再利用すると、複線の使用が制限されます。自転車道は通常、2番目の線路がある場所に建設されるため、自転車利用者やハイカーからの激しい反対があるかもしれません。単線自転車回廊の例としては、カナダのビクトリアにあるE&N鉄道があります。 [ 1 ]
ヨーロッパの小国であるリヒテンシュタインとバチカン市国には、それぞれフェルトキルヒ-ブックス鉄道とバチカン鉄道という単線鉄道が1路線しかない。北マケドニア、アルバニア、モンテネグロ、コソボの鉄道網 も、ユーロスタットの報告によると複線化されていない。[ 2 ]