Actualment, tant el material mòbil com les línies més modernes permeten que el ferrocarril d’alta velocitat arribi fins a 350 o 400 km/h amb gran seguretat. Les infraestructures per on han de circular aquests trens han de tenir uns paràmetres de qualitat estrictes, com són: amplis radis de corba situats entre 4.000 i 7.000 metres, rampes màximes que no superin 12,5 mil·lèsimes, túnels de gran secció per a reduir els efectes aerodinàmics, gran separació entre les vies (entrevia de 4,7 a 5 metres) i construcció estanca de les caixes del vehicle per a evitar molèsties als viatgers a causa de les variacions brusques de pressió que es produeixen a l’entrada dels túnels i en encreuar-se dos trens. El tren d’alta velocitat és un mitjà de transport alternatiu i molt competitiu respecte de l’avió, especialment per a distàncies de 300 a 900 km.
A l’Estat espanyol, la línia Madrid-Sevilla fou la primera condicionada per a la circulació dels trens AVE (Alta Velocidad Española), fabricats per l’empresa francesa Gec Alsthom, amb motiu de l’Exposició Universal de Sevilla (1992), i en les proves assolí una velocitat de 356,8 km/h. És un tren d’alta velocitat derivat del TGV atlàntic. RENFE disposa, a més, dels Euromed, els Alaris i els TALGO. Els Euromed foren construïts per la mateixa Gec Alsthom (Alstom en l’actualitat) i altres empreses, i realitzen el trajecte Barcelona-Alacant. Són una continuació dels trens AVE, sèrie 100, però adaptats a la xarxa general de RENFE. Arriben a una velocitat màxima de 220 km/h. Els Alaris fan el trajecte Madrid-València en un temps de tres hores i mitja, amb servei a Albacete i Xàtiva. El 1995 foren contractades les obres del TAV Barcelona-Madrid, línia ferroviària entre la capital del Principat i França a través de Perpinyà, a partir de l’any 2004. Al febrer del 2008 entrà en funcionament la línia Barcelona-Madrid i al desembre de 2010 entrà en servei el TAV Madrid-València, que feia el trajecte amb una hora i mitja. Al juliol de 2011 el govern espanyol suspengué el tram Toledo-Albacete a causa de la magnitud de les pèrdues.
Paral·lelament a la gradual configuració d’una xarxa ferroviària espanyola d’alta velocitat de concepció eminentment radial, des de sectors empresarials, sobretot catalans i valencians, es reivindicà la construcció de l’anomenat Corredor Mediterrani per connectar el litoral oriental peninsular i Europa, amb l’argument que aquesta era la regió més dinàmica i productiva de l’Estat (més del 60% del PIB). Amb aquest objectiu, l’any 2004 es creà FERRMED, organització d’empreses de la regió amb la voluntat d’influir els governs estatals i les institucions de la UE per a la construcció d’aquesta xarxa.
El 1996 s’inaugurà el trajecte Perpinyà-París, amb parada a Narbona, bé que inicialment el tram fins a Valença es feia sobre via convencional. Posteriorment, al desembre de 2010 entrà en servei la línia Figueres-París, amb escala a Perpinyà, Narbona, Montpeller i Nimes. La durada total del trajecte era de cinc hores i mitja.
Per la seva banda, els anys trenta Alemanya patentà una tecnologia que es caracteritza perquè els trens, que utilitzen els camps magnètics com a via i element de propulsió, es mantenen a 10 mm sobre l’estructura mentre circulen a 400 km/h. Aquest tren de levitació magnètica, l’anomenat Transrapid, que havia estat objecte de diverses proves satisfactòries, l’any 1984 fou arraconat. El 2001, però, el Govern xinès signà un conveni amb els fabricants alemanys per posar en marxa una línia amb aquesta tecnologia entre la ciutat de Xangai i l’aeroport de Pudong, en funcionament des del 2004.