Placés en deux files parallèles pour constituer la voie ferrée, les rails reposent sur des traverses qui transmettent leur charge au ballast ; elles en maintiennent aussi l'écartement (de 1, 435 à 1, 437 m, atteignant 1, 455 à 1, 460 m dans les courbes de 150 m de rayon) et l'inclinaison (au 1/20e, vers l'intérieur). Ce sont des rails Vignole, associant champignon (partie supérieure du rail, qui supporte la roue à boudin et qui la guide), âme verticale et patin, lui-même fixé sur les traverses à l'aide de divers systèmes d'attaches (tire-fond, attache élastique, etc.). Leurs caractéristiques sont variables : longueur (coupons de 18 ou 36 m généralement, qui peuvent être soudés en barres longues), poids au mètre (50 à 60 kg en Europe), dimension et forme des différentes parties (champignon, âme et patin), composition de l'acier, etc. Il en existe toute une gamme : par exemple, le type U 36 (U pour unifié) est haut de 15, 3 cm, large de 14 au patin, de 1, 55 au niveau de l'âme et de 65 au champignon ; il pèse 50, 63 kg au mètre. Le modèle est identifié par une inscription portée sur l'âme, à côté de celles donnant le sens de la coulée (tête du lingot), le fabricant ou l'usine, l'année et le mois de fabrication, le type de métal et la nuance, etc. Chaque rail est relié à ceux qui l'encadrent au moyen d'éclisses (plaques boulonnées), dispositif autorisant le jeu lié à la dilatation du métal (pour les barres longues, des appareils de dilatation sont nécessaires). La conductivité électrique des rails est utilisée pour la transmission des signaux via la technique du circuit de voie (une information est transmise lorsque l'essieu d'un véhicule cour-circuite les deux rails), d'où une attention particulière portée à leur isolation. Leur usure est corrigée par meulage de la table de roulement du champignon (à l'aide de trains de meulage) afin de supprimer les défauts de surface.