运输区间内只有一条正线的铁路，与复线铁路相对应。在同一区间或同一闭塞分区内，同一时间只允许一列车运行，对向列车的交会和同向列车的越行只能在车站或避让线内进行。单线并非只做单向行驶，单线是只有两根铁轨，只能跑一趟列车，可双向运行，但同一时间在某个区间内只能有一个去方向的列车，如果有对向列车就要在车站或其它越行线会车。
单线铁路运输效率低，一般是在有交通刚需但客货流量又很有限的地方修建，如广梅汕铁路。有些地区的铁路受到经济成本、地势环境或施工技术的制约而迫不得已只能先建成单线铁路，如成昆铁路。
单线铁路可以建成环形轨道，通过单向周而复始的环行解决往返方向车辆的问题，一般在磁悬浮列车或单轨列车的实验路段以及公园里的娱乐小火车项目里特别常见。