全长526千米，其中新建线路345千米，1998年8月开工建设，2004年12月全线开通客运。粤海铁路包括“两线一渡”，即广东省境内的湛江至海安镇铁路（湛海线，139千米）、琼州海峡铁路轮渡（包括陆上线路共24千米）和海南省境内的海口至叉河铁路（西环线，182千米），以及海南既有的叉河至三亚铁路。为便于列车上下渡船，在港口设铁路待渡场和铁路栈桥，待渡场用于完成列车的技术作业和航渡前后列车的编解作业。铁路栈桥是连接待渡场与渡船的关键，列车从待渡场解编分组后经由栈桥上渡船，或从渡船经由栈桥到待渡场进行再次编组。

粤海铁路南港码头

“两线一渡”中的“渡”即运载铁路列车过琼州海峡的渡船，为整条铁路的特色。截至2018年5月，在粤海铁路服役的渡船有粤海1～4号。其中，于2001年11月开工建造、2003年1月7日投入使用的粤海1号渡船是中国自行设计、自行建造的第一条跨海火车渡船，其设计时速15海里，船长165米、宽23米、排水量1.34万吨、载重量5600吨，可同时运输40辆铁路货车或18辆铁路客车、50辆汽车和1000余名旅客。渡船从下到上的三层甲板分别用于装载火车、汽车和旅客，火车甲板设置有4条轨道。渡船配置了抗侧倾斜系统、黑匣子等装置，抵抗风级达到8级。2003年6月，设计构造、性能同粤海1号的粤海2号渡船正式运营，实现了两船对开，提升了粤海铁路运输能力。2011年，先后投入运营的粤海3号和粤海4号渡船在顶面设有直升机起降平台，增加了卫星导航系统、船舶机舱自动化网络监控系统等，大幅提升了粤海铁路渡船的性能、航速、抗风及安全保障能力。

栈桥包括海口港（南港）栈桥和海安港（北港）栈桥。南港栈桥是中国首座自行设计、建造的跨海铁路栈桥，其一端连接海南大地、另一端悬浮于琼州海峡，宽22米，与渡船对应设置有4条股道。为保证列车平稳上下渡船，一方面渡船配备侧推装置实现船舶“横移”，加之码头侧的防碰垫保障渡船与作业泊位水平精准对接；另一方面栈桥的升降机构可根据渡船吃水深度变化、海面水位变化以及预测列车通过状态对桥面进行调节，使得甲板、栈桥、陆地铁轨处于同一平面。火车上渡船后，采用过渡车钩、铁鞋、绑扎铁链、垂直螺杆支撑器等固定方式将其牢牢固定，并利用渡船减摇—抗横倾系统最大可能地减少船舶摇摆，保障列车平稳过渡。

粤海铁路集水运、铁路、集装化运输于一身，车船直接衔接，有利于发挥综合优势，整体作业时间短、物流周转快、效率高；相对于海底隧道、桥梁建设方案，轮渡具有建设周期短、成本低、运量大的优势。作为连接中国内陆与海南岛的第一条铁路，粤海铁路对于发展海南省旅游业、促进海南省社会经济发展具有积极作用。