地铁，通常指地下铁路，亦简称为地下铁，狭义上专指在地下运行为主的城市铁路系统或捷运系统；但广义上，由于许多此类的系统为了配合修筑的环境，可能也会有地面化的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地下与地面上的高密度交通运输系统。
在英文环境中，根据各城市类似系统的发展起源与使用习惯之不同，常称为Metro、MRT（新加坡、台北、高雄等）、MTR（特指香港）、Overground（特指地上轨道）、Railway（特指地上轨道）、Subway（美国及周边地区）、Tube（特指伦敦）或Underground（特指伦敦）。
历史世界上首条地下铁路系统是在1863年开通的伦敦大都会铁路（Metropolitan Railway），是为了解决当时伦敦的交通堵塞问题而建。当时电力尚未普及，所以即使是地下铁路也只能用蒸汽机车。由于机车释放出的废气对人体有害，所以当时的隧道每隔一段距离便要有和地面打通的通风槽。
到了1870年，伦敦开办了第一条客运的钻挖式地铁，在伦敦塔附近越过泰晤士河。但这条铁路并不算成功，在数月后便关闭。现存最早的钻挖式地下铁路则在1890年开通，亦位于伦敦，连接市中心与南部地区。最初铁路的建造者计划使用类似缆车的推动方法，但最后用了电力机车，使其成为第一条电动地下铁。早期在伦敦市内开通的地下铁亦于1906年全数电气化。
1896年，当时奥匈帝国的城市布达佩斯开通了欧洲大陆的第一条地铁，共有5公里，11站，至今仍在使用。
法国巴黎的巴黎地铁在1900年开通，最初的法文名字“Chemin de Fer Métropolitain”（法文直译意指“大都会铁路”）是从“Metropolitan Railway”直接译过去的，后来缩短成“métro”，所以现在很多城市轨道系统都称metro。俄罗斯的地铁也顺理成章，只是改用了西里尔字母，称为Метро。
用途绝大多数的城市轨道交通系统都是用来运载市内通勤的乘客，而在很多场合下城市轨道交通系统都会被当成城市交通的骨干。通常，城市轨道交通系统是许多都市用以解决交通堵塞问题的方法。
美国的芝加哥曾有用来运载货物的地下铁路；英国伦敦亦有专门运载邮件的地下铁路。但两条铁路已先后在1959年及2003年停用。目前所有城市地下铁路仅为客运服务。
在战争（如第二次世界大战）时，地下铁路亦会被用作工厂或防空洞。不少国家（如韩国）的地铁系统，在设计时都有把战争可能计算在设计内，所以无论是铁路的深度、人群控制方面，都同时兼顾日常交通及国防的需要。 有些地方的地下铁路建筑在地底下为的不单是避开地面的繁忙交通及房屋，还有为避免铁路系统受到户外的恶劣天气的破坏，负面教材有莫斯科地铁地面线: 4号及L1号线，受到极端寒冷天气的肆虐导致维修费用已经远远高过地下线的建造及维修费用。
另外，城市轨道交通系统亦被用作展示国家在经济、社会以及技术上高人一等的指标。例如前苏联的地下铁路系统便以车站装饰华丽出名，而朝鲜首都平壤的地下铁路系统亦有堂皇的装饰。
车辆最初的城市轨道系统车厢是木制的，后来改为钢制以减少一旦发生火灾造成的危险。自1953年开通的多伦多的地下铁路，车厢开始再改良为铝制，有效减少维修成本和重量。
很多地下铁路行走的隧道，都比在主要干线上的为小；所以一般而言地下铁路的列车体积一般比较小。有时隧道甚至能影响列车的形状设计，例如伦敦地铁的部份列车便是。
大部份的城市轨道系统都是使用动力分布式（即动车组），而不使用动力集中式。若果使用动力集中式，经常会用推拉运作。
另外，部份较为先进的系统已开始引入列车自动操作系统。伦敦、巴黎、台湾、新加坡和香港等地车长都毋需控制列车。更先进的轨道交通系统能够做到无人操控。例如世界上最长的自动化LRT（light rapid transit system）系统—温哥华Skytrain，整个LRT所有的车站及列车均为“无人管理”。上海轨道交通10号线也将试行无人驾驶，介时司机将仅仅进行监控。
优点节省土地：由于一般大都市的市区地皮价值高昂，将铁路建于地底，可以节省地面空间，令地面地皮可以作其他用途；
减少噪音：铁路建于地底，可以减少地面的噪音。
减少干扰：由于地铁的行驶路线不与其他运输系统（如地面道路）重叠、交叉，因此行车受到的交通干扰较少，可节省大量通勤时间。
节约能源：在全球暖化问题下，地铁是最佳大众交通运输工具。由于地铁行车速度稳定，大量节省通勤时间，使民众乐于搭乘，也取代了许多开车所消耗的能源。
缺点建造成本高：由于要钻挖地底，地下建造成本比建于地面高。
建设周期长：同样由于要挖地道，铺设铁轨，设备等等，以及各种调试工作。地铁从开始动工到投入运营需要很长的时间。
前期时间长：建设地铁的前期时间较长，由于需要规划和政府审批，甚至还需要试验。从开始酝酿到付诸行动破土动工需要非常长的时间，短则几年，长则十几年也是有可能的
安全性虽然地铁对于雪灾和冰雹的抵御能力较强。但是对地震、水灾、火灾和恐怖主义等抵御能力很弱。由于地铁的构造，而导致极易因为这些因素发生悲剧。为此自地铁出现以来，工程师们就不断持续研究如何提高地铁的安全性。
地震地震可以导致行进中的车辆出轨，因此地铁都设计有遇到地震立即停驶的功能。 为防止地铁地道坍塌，处于地震地带的地铁结构必须特别坚固。
水灾由于地铁内的系统低于地平线，而导致地上的雨水容易灌入地铁内的设施。因此地铁在设计时不得不规划充分的防水排水设施，即使如此也可能发生地铁站淹水事件。为此在发生豪雨之时，地铁车站入口的防潮板和线路上的防水闸门都要关闭。一个知名的例子是台北捷运在纳莉台风侵袭时曾经发生淹水事件。
火灾在以前，人们不太重视地铁站内的防火设施，车站内一旦发生火灾，瞬间就会充满烟雾，而引发严重的灾祸1987年11月18日，英国伦敦地铁King's Cross站发生火灾，导致31人死亡。产生火灾的原因之一是因为伦敦地铁内采用了大量木质建筑。因此，日本地铁部门规定在地铁站内禁烟来避免火灾。
2003年2月28日，韩国大邱广域市的地铁车站因为人为纵火而产生火灾，12辆车厢被烧毁，192人死亡，148人受伤。这次火灾产生如此严重死伤的原因除了车厢内部装潢采用可燃材料之外，车站区域内排烟设施不完善也是重要因素，加上车辆材质燃烧时产生了大量的一氧化碳等有害物质，而导致不少人中毒死亡。
地铁和轻轨的区别随着中国城市的发展，一些大中型城市已开通或正在建设地铁和轻轨，普通民众由于对城市轨道交通系统接触较少，认识时间较晚，概念上有些误区。有人认为城市轨道交通中，在地面以下行驶的叫地铁，在地面或高架上行驶的就是轻轨；还有人认为轻轨的钢轨重量比地铁轻，这两种认识都是错误的。城市轨道交通分为地铁和轻轨两种制式，地铁和轻轨都可以建在地下、地面或高架上。为了增强轨道的稳定性，减少养护和维修的工作量，增大回流断面和减少杂散电流，地铁和轻轨都选用轨距为1435毫米的国际标准双轨作为列车轨道，与国铁列车选用的轨道规格相同，并没有所谓的钢轨重量轻重之分。
划分两者区别的依据是所选用列车的规格。按照国际标准，城市轨道交通列车可分为A、B、C三种型号，分别对应3米、2.8米、2.6米的列车宽度。凡是选用A型或B型列车的轨道交通线路称为地铁，采用5～8节编组列车；选用C型列车的轨道交通线路称为轻轨（上海轨道交通8号线除外），采用2～4节编组列车，列车的车型和编组决定了车轴重量和站台长度。上海轨道交通3号线采用6节编组A型列车，有90%的线路都是在高架上，但是按照车型分类标准仍然属于地铁线路；上海轨道交通6号线采用4节编组C型列车，有70%的线路都是在隧道内，但是按照车型分类标准仍然属于轻轨线路。A型车是目前最高端的城市轨道交通列车。其特点是车体宽和编组大，A型车宽度为3米，上海轨道交通10号线采用的阿尔斯通Metroplis地铁列车宽度达到3.2米； 6节编组A型地铁列车最大载客量为2460人，上海轨道交通1、2号线的阿尔斯通和西门子8节编组A型地铁列车最大载客量达到3280人。B型车和C型车的造价和技术含量要小于A型车。 在我国的规范中是指，轴重相对较轻，单方向输送能力在1万～3万人次的轨道交通系统，称为轻轨；每小时客运量3万～8万人次的轨道交通系统，称为地铁。
地铁空气之压力地铁因列车在隧道内高速移动，可能产生隧道及车厢内之压力剧烈改变，而造成旅客不舒适之感觉，或者影响设备之使用寿命，其压力改变之现象可详活塞效应。 地铁因列车高速移动产生之压力波若传抵隧道出口，将产生隧道口微压波噪音，干扰附近住民之安宁。
轨道和车轮一般的城市轨道系统使用铁轨和金属车轮。但近年来亦有系统使用混凝土路轨或橡胶车轮（和摩托车相近），或两者兼用。
营运城市轨道交通系统的运营方式可大致分为两种。一是由政府或自治团体来营运，被称为公营。另一个则是由民营企业营运，是为民营。同时还存在着第三种营运方式，经营者虽然是民营企业，但出资者则是公营团体，这在欧洲较常见。
在一些地区，轨道交通系统的票价无论时间还是乘车长度的长短都是定额的。但是也有很多国家的轨道交通票价是按照乘坐距离（或依里程划分不同区间）来决定的。在德国等欧洲国家，轨道交通的票价采取地域制，以某地方为中心，向外辐射来划定地域，在一个地域（里程）内票价相同，而下一个地域内则又有新的票价。很多国家组织了交通营运联合体，轨道交通系统与其他大众运输工具进行票证整合，轨道交通系统的车票在其他交通工具（如公共汽车或地区铁路）上也能使用。
很多城市轨道交通系统导入了自动收费系统，这样可节省大量人工，节省运营成本。只要插入专用车票或IC卡，自动收费系统的验票闸门就可自动放行。在日本，城市轨道交通系统的自动收费装置还有诸如自动判定票的余额是否不足与判定使用次数等智慧功能。
另外在德国和奥地利等国，轨道交通系统营运采用实行“自助餐制”。全面废止在车站内验票，而是在车内进行突击验票。在这个情况，若是逃票要缴交正常票价8倍以上的高额罚款（这些国家内的其他市内交通机关也施行同样的制度）。若境外游客逃票超过一定次数，甚至会影响该游客的诚信档案以至于无法成功办理第二次签证。
列车运行由于都市内交通运输拥塞，大众普遍要求“不需要太长等候时间就能搭乘”。为此列车的运行间隔被设定10分钟以下。莫斯科在交通尖峰时段更每个一分钟就有一班次。一半情况下，车站内的两个月台内的列车是同时到达的。但在东京的部分线路，实行缓行和急行两种运行方式同时进行的情况。急行列车不停一些较小型的车站，缓行列车则每站都停。
世界的大部分的轨道交通线路，从早晨四点营运到凌晨零点。通常于早晨4点至7点发首班车，晚上10点至凌晨1点发末班车。芝加哥和纽约是少数的例外，24小时通宵运营。
中国大陆（及港澳台）地铁已通车北京地铁
香港地铁
台北地铁
高雄地铁
天津地铁
上海轨道交通
广州地铁
深圳地铁
南京地铁
重庆轨道交通
武汉轨道交通
中国大陆地铁未通车福州地铁
南昌地铁
济南地铁
武汉地铁
成都地铁
佛山轨道交通
哈尔滨地铁
杭州轨道交通
宁波地铁
沈阳地铁
苏州轨道交通
西安地铁
郑州地铁
无锡地铁
长沙地铁
南宁轨道交通
重庆地铁
抚顺地铁
大连地铁
长春地铁
合肥轨道交通
东莞轨道交通
多于一公司营运之系统主要是在东亚较多，鉴于东亚的都市人口密度普遍远比欧美为高，加上交通多以公交主导。
东京 - 东京地下铁、都营地下铁、JR东日本、首都圈各大手私铁等
吉隆坡 - Rapid KL、KLIA Express和KL Monorail
新加坡 - SBS Transit & SMRT
大阪 - 大阪市营地下铁、近畿圈各大手私铁、JR西日本
首尔 - KORAIL、首都圈电铁
台北 - 台北捷运公司、台湾铁路管理局（桃园机场捷运、捷运化区段）
高雄 - 高雄捷运公司、台湾铁路管理局（捷运化区段）
上海 - 上海地铁运营有限公司、上海现代轨道交通有限公司（此两家均为上海申通地铁集团有限公司的子公司，但日常经营活动相对独立）
北京 - 北京地铁运营有限公司、北京京港地铁运营有限公司（此家公司为香港地铁公司投资的公司）
深圳-深圳市地铁有限公司（除深圳地铁4号线外的各线）、港铁轨道交通(深圳)有限公司（负责深圳地铁4号线全线开通后的运营）
恐怖袭击事件1995年3月20日在日本东京奥姆真理教发动了东京地铁沙林毒气事件。
2001年9月11日在美国纽约的911恐怖袭击事件中，地铁虽然没有成为恐怖主义者直接攻击的目标，但是倒塌了的世贸中心大楼(WTC)的正下方有地铁车站，而地铁车站也因为建筑的倒塌而被破坏，部分人因此死亡。
2005年7月7日在英国伦敦发生了爆炸事件。地铁正成为恐怖主义者攻击的目标。
