城市轨道交通车辆的牵引系统的发展可分为直流牵引系统和交流牵引系统两个阶段。

直流牵引系统阶段。直流牵引系统使用直流牵引电机及其控制设备。最早采用电气牵引系统的地下铁道车辆是1896年通车的布达佩斯地铁。从那时开始到19世纪70年代中期，国际上城市轨道交通车辆基本都采用了直流牵引系统。在中国，北京地铁从1965年7月1日开建，1969年10月1日建成通车，从那时开始到1993年，地铁车辆采用的也是直流牵引系统。

交流牵引系统阶段。交流牵引系统采用交流牵引电机及其控制设备。20世纪70年代末期，德、法等欧洲国家以及日本等国加紧研制城市轨道交通车辆的交流牵引系统。80年代初期，随着开关频率高、控制方式简单的电力电子器件门极可关断晶闸管（gate turn off thyristor; GTO）研制成功，采用交流牵引系统的城市轨道交通车辆日渐多起来。进入90年代，开关频率更高、控制方式更简单的电力电子器件绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor; IGBT）研制成熟并开始量产，采用交流牵引系统的城市轨道交通车辆迅速增加，直流牵引系统逐步不再使用。中国于1992年在北京地铁复八线（现北京地铁一号线复兴门至四惠东段）地铁车辆招标文件中，首次明确采用交流牵引系统。紧接着广州地铁1号线地铁车辆招标，也明确采用交流牵引系统。以北京、广州地铁车辆为先导，中国城市轨道交通车辆不再采用直流牵引系统，进入了交流牵引系统阶段。21世纪初，中国的国产化交流牵引系统研制成功，投入量产，并走向世界。

直流牵引系统中的牵引电机使用最多的是串激直流电机，也有采用他激或复激直流电机的。因此，控制直流牵引电机带动车辆运行，使列车实现起动、惰行、制动的循环。由于城市轨道交通车辆的供电电源一般是电压为600伏、750伏、1500伏、3000伏等直流电，在起动和制动过程中，需串入和改变电阻来调节电流和电压，使列车能达到要求的加速度、减速度、冲击率及运行速度等。其主要控制（串入和改变电阻）的方式有凸轮变阻、斩波调阻等方式。随着电力电子器件的发展，出现了斩波调压控制方式，由于其可实现控制系统的无触点化、无电阻起动以及实现再生制动，因此它在城市轨道交通车辆上的应用曾一度达到高潮。直流牵引系统存在着无法克服的缺点，即直流牵引电机的整流子维修成本高，难于实现小型化等。

交流牵引系统中的交流牵引电机，采用最多的是三相交流异步鼠笼式感应电机，也有采用三相交流永磁同步电动机、三相交流异步直线式感应电机、三相交流同步直线式感应电动机等。为了控制三相交流牵引电机，需要把直流电变为电压可调、频率可调的三相交流电，带动列车实现起动、惰行、制动的循环，实现这一控制功能的就是变压变频（variable voltage variable frequency; VVVF）装置。与直流牵引系统相比，交流牵引系统有着突出的优点，如交流牵引电机结构简单、维修工作量小、小型、轻量等，在现代电子技术配合下，能实现用户要求的不同的控制特性。