高速铁路是一个具有国际性和时代性的概念。1970年5月，日本在《全国新干线铁路整备法》中规定：“列车在主要区间能以200千米/时以上速度运行的干线铁道称为高速铁路。”这是世界上第一个以国家法律条文的形式给高速铁路下的定义。1985年5月，联合国欧洲经济委员会将高速铁路的列车最高运行速度规定为：客运专线300千米/时，客货混线250千米/时。1986年1月，国际铁路联盟秘书长勃莱认为，高速列车最高运行速度至少应达到200千米/时。因此，国际上公认列车最高运行速度达到200千米/时及其以上的铁路叫高速铁路。

高速列车需在严格的管理下运行，高速列车无一例外地采用动车组模式，型式上又分动力集中和动力分散两种模式。动力集中模式以早期的德、法、意等欧系高速列车为代表，如德国的ICE1和ICE2、法国的TGV及意大利的ETR500等，没有客室纯机车牵引，机车和后来的拖车通过网络系统联系，在外形和涂装上也采用整体设计，使之成为一体。动力分散模式以日本为代表，日本高速列车无一例外地采用动力分散，把动力分散到列车的全部或者部分车辆上，所有的车辆（包括动车与拖车）均可以载客，提高了载客能力。由于动力分散模式可以有效减少轴重，减少轮轨黏着利用率要求，高速列车越来越向动力分散模式发展，德国从ICE3起就开始应用动力分散模式，法国也研制了动力分散的AGV列车。高速列车根据不同的动力类型，分成电力动车组EMU、内燃动车组DMU，但DMU一般用在速度较低（200～250千米/时）的高速列车，近几年出现的新能源动车组和混合动力动车组，由于大功率的新能源技术还不够成熟，因此应用还不够广泛。

高速度是高速列车的核心指标。自20世纪后半叶以来，铁路旅客列车速度连续越上三大台阶，20世纪60年代第一代高速列车，速度为230千米/时左右；80年代初第二代高速列车速度达到270千米/时左右；90年代第三代高速列车速度已达到并超过了300千米/时；21世纪初，已有设计运行速度为350千米/时及380千米/时的高速列车问世，而且400千米/时的高速列车也将问世。列车最高运行速度随着时代前进和技术进步而不断提高。

以电力动车组为例，高速列车的关键技术主要包括九个方面：总成（即系统集成）、车体、转向架、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、牵引控制、网络系统和制动系统等九大关键技术。也可以把牵引变压器、牵引变流器、牵引电机牵引控制统称成牵引系统。

高速列车是当今世界高新技术的集成，采用了机械、材料、电子、计算机、网络通信、工程仿真等领域的最新技术，应用了高速轮轨关系、系统动力学、大功率牵引、制动控制、列车运行控制、可靠性与安全技术等铁路专业领域的最新研究成果，是高速铁路的标志性装备。

高速列车总成需对车体、转向架、牵引系统、制动系统、列车网络系统、辅助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计与优化，经历生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成高速动车组整体集成。通过集成使高速列车达到牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等性能要求。

大功率电力牵引传动系统是高速列车的原动力。电力牵引传动系统必须向功率大、重量轻、体积小、可靠性高和低成本方向发展，这就决定了高速列车的电力牵引传动系统必然采用先进的交流（交—直—交）传动系统。它主要包括：

①牵引变流器。牵引变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他电量或特性发生变化的电器设备。采用新型大功率半导体器件，从最早的晶闸管发展到GTO、IGBT、IPM，以至IGCT。随着变流器的模块化、系列化和小型化，出现了将牵引变流器与辅助变流器和列车供电变流器统筹考虑、集成设计、制造的新趋势。

②牵引变压器。牵引变压器是实现从供电系统（接触网）取得的高压电（一般为25千伏，50赫）转变成低压电的装置。牵引变压器是牵引传动系统中重量、体积最大，耗损最多的部件，尤其在动力分散式高速列车中，由于要求起动加速功率和再生制动功率大，而安装空间又有限，所以主变压器损耗占到总损耗的30％。因此，减轻重量、减小体积、降低损耗是牵引变压器技术发展的目标。

③牵引电机。牵引电机是通过车轮驱动列车牵引（或者制动）的执行部件，实现电能向机械能的转换。近代高速列车大多采用三相交流异步牵引电动机，与直流电机相比，它具有重量轻、功率大、结构简单、运用可靠、寿命长、维修简便的特点，同时交流异步牵引电动机还具有较好的自我抑制空转的性能。近代开发的永磁多极同步牵引电机，可实现很高的转矩密度。

④牵引传动控制。牵引传动控制是实现列车牵引与制动的大脑，其水平取决于牵引传动控制的策略和手段。牵引传动控制策略由最初的转差特性控制发展到矢量变换控制，又实现了电机转矩控制的新技术，即直接转矩控制（DTC）和直接自控制（DSC），具有控制简单、性能优良和鲁棒性较强的特点。

转向架是高速列车的走行部，是高速列车最核心的部件。为了满足列车高速运行的需要，高速列车转向架结构必须保证具有足够的强度和刚度，而且必须具有高的运动稳定性和运行平稳性，良好的曲线通过能力，低的轮轨动作用力等动力学性能。因此，高速转向架的核心技术是一系、二系悬挂参数的匹配优化技术，这是实现高速列车安全和平稳运行的保证。

高速列车的制动系统是实现列车高速、安全运行的保障。列车高速运行时具有相当大的运动能量，而制动技术就是解决列车动能的快速转换和能量消耗问题，并在轮轨黏着允许的条件下，做到高速列车的可靠制停或降速。由于高速列车采用三相交流电机，为再生制动的采用创造了条件，可进行全部速度范围内的列车制动，而再生制动的能量转换成电能可返回电网，实现节能。因此，近代高速列车的动车制动均以再生制动为主。机械基础制动仍必不可少，在低速区制动和紧急制动主要由基础制动实施。

车体为旅客提供乘坐空间，是高速列车的主体。车体的关键技术主要包括轻量化结构、优良的气动外形、车体密封、减振降噪和客室布置等方面的技术。高速列车车体由早期的钢结构向轻量化的中空铝合金结构发展。

高速列车的控制命令、运行监控、故障监测与诊断的信息都是通过列车通信网络传送的，列车网络是高速列车的中枢神经。对于动力集中方式的高速列车，需要由网络传递重联控制、逻辑顺序控制、制动和速度控制的信息，而列车的各个单节和部件的工作状态也需要通过网络传送到主控机车（动车），用以状态监测和故障诊断。对于动力分散方式的高速列车，需要由网络传递牵引或制动控制信息，以保障各单元协调统一的工作。同时，各动车或拖车的工作状态也通过网络传输给主控车，用以状态监测和故障诊断。

除了九大关键技术，高速列车还有十项配套技术（系统），包括空调系统、集便装置、车门、车窗、风挡、钩缓装置、受电弓、辅助供电系统、车内装饰和座椅等。