各国铁路在长期运营实践中逐步形成了铁路运营理论。日本和欧美等国铁路的运营管理理论，主要包括客运管理、货运管理和行车管理等方面。苏联把铁路运营理论称为铁路运营科学，包括铁路行车组织、商务和货运工作组织、装卸作业机械化、铁路冷藏运输组织、车站和枢纽设计等科目。中国把铁路运营理论称为铁路运输组织理论，包括铁路行车组织、铁路货物运输组织、铁路旅客运输组织、车站和枢纽总体设计等。铁路运营理论，作为一门科学，旨在研究铁路运输生产活动的合理组织和科学管理。它是建立在研究铁路运输生产活动规律和综合运用铁路各种运输技术设备的基础上，运用数学、物理的方法，对铁路运营的各个方面、各个环节、各个工序进行定性和定量的分析，并经过各种可能方案的比选，寻求优化的客运、货运和行车工作的方式方法，用以指导运营实践。铁路运营理论的发展趋势是借助电子计算技术和系统工程理论等现代科学技术成就，力求对铁路运营活动进行定量的、动态的、系统的研究，制定相应的数学模型，为实现铁路运营工作的化和逐步实现铁路运营工作综合自动化提供理论依据。