按车辆的运行方式可分为跨座式和悬挂式两大类。跨座式独轨铁路的轨道梁为预应力钢筋混凝土箱形梁，车辆在轨道梁上运行。车辆设有动轮和导轮，动轮以轨道梁为走行面，而导轮则以轨道梁的两个侧面为走行面。动轮承载车体，导轮则用于保持车体稳定和导向。悬挂式独轨铁路的轨道梁由钢柱或钢筋混凝土柱架在空中，车辆悬挂在轨道梁下运行。独轨铁路采用电力牵引，供电方式为直流600伏、750伏或1500伏第三轨供电。

世界上第一条跨座式单轨铁路线诞生于1888年，是由法国人设计、在爱尔兰铺设的，线路长约15千米，由蒸汽机车牵引，这条线路一直运行到1924年10月。1893年德国人发明了悬挂式单轨交通，并于1898～1901年在悬车之城——德国鲁尔区伍珀塔尔修建了13.3千米的悬挂式单轨铁路。这是世界上最早、历史最悠久的悬挂式单轨交通。第二次世界大战以后，随着科学技术的进步，跨座式单轨铁路受到各方重视，技术逐渐完善和成熟。

中国投入运营的单轨铁路有重庆轨道交通二号线和三号线。重庆轨道交通二号线是中国第一次引进国外先进技术，通过消化吸收再创新而建设并成功运营的国内第一条单轨交通线路。此外，北京国际机场的航站楼摆渡车、西安曲江旅游观光轻轨（实为单轨）和深圳华侨城旅游区的欢乐干线，也利用了单轨铁路技术，但不属于城市轨道交通的范畴。