На железнодорожном пути в среднем через каждые 7—10 км расположены станции. На крупных узловых станциях имеются пути для приема и отправления грузовых и пассажирских поездов, для погрузки и выгрузки грузов, сортировки вагонов. На крупных станциях есть локомотивные и вагонные депо, мастерские, электростанция, склады топлива, грузов, пассажирские вокзалы.
К крупным станциям примыкает много подъездных путей, ведущих к фабрикам и заводам, шахтам и рудникам. С этих путей груженые вагоны подаются на станцию, и из них на путях сортировочного парка составляют поезда. Многие прибывающие на станцию грузовые составы после короткой стоянки отправляются дальше. Но есть немало поездов, которые состоят из вагонов разного назначения. Эти вагоны надо включить в другие составы или направить на выгрузку. Такие поезда прибытия подаются по назначениям на сортировочную горку, и вагоны расцепляются. Пути сортировочной горки проходят через возвышение — горб, с которого вагоны скатываются под действием собственного веса на пути сортировочного парка. Локомотив надвигает — толкает сзади заранее расцепленный состав на горку. Оператор переводит стрелки на тот или другой путь, в зависимости от того, куда дальше пойдет данный вагон. Вагоны, скатывающиеся с горки, группируются по назначениям на сортировочных путях. Чтобы они не разбились при скатывании, их тормозят вагонными замедлителями, расположенными на горках и подгорочных путях, а также подкладывая под колеса вагонов стальные «башмаки». На станциях с большим количеством сортируемых вагонов перевод стрелок на горке и торможение вагонными замедлителями производятся автоматически, с помощью специального устройства — горочной автоматической централизации стрелок.
Помимо крупных станций, обычно расположенных на железнодорожных узлах, где скрещиваются железнодорожные линии разных направлений, имеется много мелких станций, называемых промежуточными, с малым количеством путей.
На однопутных линиях (они проложены там, где движение сравнительно небольшое) устраиваются разъезды, на которых поезда одного направления ожидают прибытия встречных поездов.
Станции отделяются друг от друга перегонами. На перегоне однопутной линии может находиться только один поезд, а на перегоне двухпутной линии — два (по одному в каждом направлении). Поезд можно выпустить с данной станции на перегон только тогда, когда предыдущий поезд придет на следующую станцию. После того как получено извещение о прибытии, можно поднять на данной станции крыло выходного семафора — путь свободен, поезд можно отправлять.
Чтобы пропустить больше поездов и обеспечить безопасность движения, на железнодорожной линии применяют автоматическую блокировку: перегон между станциями разделяют светофорами на несколько блок-участков. Рельсы соседних блок-участков изолированы друг от друга прокладками. По рельсам каждого участка пропускается слабый ток. Поезд, вступив на участок, замыкает цепь, в результате чего на светофоре зеленый свет переключается на красный. После освобождения поездом этого участка рельсовая цепь размыкается, первый светофор переключается с красного света на желтый, а второй — с зеленого на красный. После того как поезд освобождает второй блок-участок, желтый свет на первом светофоре заменяется зеленым, а на втором красный заменяется желтым.
Еще более совершенное устройство — автоматическая локомотивная сигнализация, при которой в будке машиниста устанавливается светофорчик, повторяющий показания путевых сигналов. Обычно при этом локомотив оборудуется и автостопом, включающим автотормоз и останавливающим поезда перед закрытым светофором, если машинист почему-либо не смог сам этого сделать. При автоматической блокировке по железной дороге можно пропустить значительно большее количество поездов, чем без нее. А это позволяет увеличить перевозки, снизить их себестоимость.
Все шире применяется диспетчерская централизация, помогающая диспетчеру руководить движением поездов на участке длиной 200—250 км. Перед диспетчером — световое табло, на котором нанесены схемы всех перегонов и станций участка. Диспетчер видит на этом табло, где находятся поезда, следующие по участку, как лучше использовать свободные пути на станциях, свободные перегоны, чтобы быстрее пропустить поезда. Передвигая рукоятки на табло и нажимая кнопки, диспетчер переводит стрелки на станциях, дает сигналы отправления поездам, принимает и отправляет поезда. Подобные же табло с нанесенными путями применяются и для управления стрелками и сигналами на станциях. Чтобы пропустить поезд через станцию, достаточно нажать на табло две кнопки — в начале и конце схемы маршрута (в пределах станции), и все стрелки, входящие в маршрут, автоматически переводятся. При этом занятые вагонами пути автоматически исключаются из маршрута, и стрелки переводятся только на свободные пути.
Все шире используется радио для t связи диспетчера с машинистом локомотива на перегоне, маневрового диспетчера с маневровым локомотивом. Все в больших масштабах применяется на станциях телевидение, позволяющее ускорить и упростить руководство сортировочной и грузовой работой.
Автоматизация (с использованием электронных вычислительных машин) применяется также при разработке и решении различных задач планирования и оперативного регулирования работы железных дорог.