軌道や車輪に鉄を使用しているため、走行時に鉄同士が触れ合うことになるが、この際の摩擦力による走行時の抵抗は、地上に接触して移動する交通機関としてはかなり少ない部類に入る。例えば平坦な線路を20km/hで走行した場合の走行抵抗は1～2kgf/tと、ゴムタイヤを使用した自動車の10kgf/t（舗装道路）に比べるとおよそ10分の1程度である。そのため鉄道は船と並んで、エネルギー効率のよい大量輸送システムといえる。
電車及び電気機関車においては、電動機のエネルギー変換効率が高く、また自動車で使われる内燃機関に比べ発電所の効率ははるかに良いので、鉄道システム全体としてもエネルギー効率は非常に高い。また、たとえ自動車と同様に燃料の軽油をタンクに抱えて走る気動車であっても、単位輸送量当たりのエネルギー消費は、自動車よりはるかに少なく、したがって単位輸送量当たりのCO2排出量も少ない。例えば、JR東日本の気動車の1km当たりの炭素排出量は476g、平均的な自動車は75gであるとされ、輸送量当たりの燃料消費では鉄道がはるかに有利なことがわかる（上岡直見『自動車にいくらかかっているか』コモンズ、2002年）。