தெற்கு இரயில்வேயின் ஒரு பகுதியான தமிழ்நாடு நன்கு வளர்ந்த மற்றும் நன்கு பிணைக்கப்பட்ட இரயில்வே அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. தெற்கு ரயில்வேயின் தலைமையகம் தமிழ்நாட்டில் உள்ளது. தெற்கு ரயில்வே தமிழ்நாடு, கேரளா, புதுச்சேரி, கர்நாடகாவின் சில பகுதிகள் மற்றும் ஆந்திரப் பிரதேசத்தை உள்ளடக்கியது. 

மாநில தலைநகரான சென்னையில், நாட்டிலுள்ள மெட்ரோ நகரங்களுக்கு நேரடி எக்ஸ்பிரஸ் ரயில்கள் உள்ளன. பயணிகள் டெல்லி, மும்பை, பெங்களூரு, ஹைதராபாத் மற்றும் கொச்சிக்கு ஏராளமான ரயில்களைக் காணலாம். புரட்சி தலைவர் டாக்டர் எம்.ஜி. ராமச்சந்திரன் சென்ட்ரல் ரயில் நிலையம் வடக்கு நோக்கி ரயில்களுக்கான நுழைவாயிலாகவும், சென்னை எழும்பூர் தெற்கு நோக்கிய ரயில்களின் மையமாகவும் உள்ளது.

சென்னை, கோயம்புத்தூர், காட்பாடி, மதுரை, சேலம், ஈரோடு, திண்டுக்கல், கரூர், நாகர்கோவில், திருச்சிராப்பள்ளி மற்றும் திருநெல்வேலி ஆகியவை மாநிலத்தின் முக்கிய ரயில் சந்திப்புகள். மாநிலத்தில் மொத்தம் 5,952 கிமீ (3,698 மைல்கள்) நீளமுள்ள ரயில் பாதை உள்ளது மற்றும் தமிழ்நாட்டில் 532 ரயில் நிலையங்கள் உள்ளன.

மலையடிவாரத்தில் உள்ள ஊட்டியையும் மலையடிவாரத்தில் உள்ள மேட்டுப்பாளையத்தையும் இணைக்கும் நீலகிரி மலை ரயில் யுனெஸ்கோவின் உலக பாரம்பரிய தளமாகும். நூற்றாண்டு பழமையான பாம்பன் பாலம் பாம்பன் தீவில் உள்ள ராமேஸ்வரத்தை பிரதான நிலப்பகுதியுடன் இணைக்கிறது. இது இன்னும் செயல்பாட்டில் உள்ள பழமையான கான்டிலீவர் பாலங்களில் ஒன்றாகும்.

சென்னையில் நன்கு நிறுவப்பட்ட புறநகர் இரயில்வே நெட்வொர்க் உள்ளது மற்றும் நெட்வொர்க் மூலம் நகரங்களுக்கு இடையே பயணம் செய்வது எளிது. சென்னை மெட்ரோ, 2015 இல் செயல்பாட்டுக்கு வந்தது, இது இந்தியாவின் நான்காவது நீளமான மெட்ரோ அமைப்பாகும் மற்றும் சென்னை நகரத்திற்கு சேவை செய்கிறது.