齿轨铁路（Rack Railway）是一种登山铁路。一般铁路可以攀爬的斜坡坡度约为4%至6%，间中亦可越过短的9%路段。齿轨铁路在普通路轨中间的轨枕上，另外放置一条特别的齿轨。行走齿轨铁路的机车，配备了一个或多个齿轮，跟齿轨啮合着行走。这样机车便能克服黏着力不足的问题，把列车拉上达坡度达48%的陡峭斜坡。

齿轨铁路有几种：

Riggenbach系统使用好像是梯子的齿轨。齿轨由多块钢板组成，中间每隔固定距离由圆柱连结。这种齿轨最先被发明，缺点是这种齿轨比其他的系统复杂及昂贵。这种齿轨亦称Marsh系统，因为美国人Sylvester Marsh在华盛顿山的登山铁路同时发明相同的设计。

Abt由瑞士人Roman Abt发明，是一种Riggenbach的改良系统。Abt的齿轨是垂直的钢板，上面用机器铣割上了准确的齿坑。它们可以比Riggenbach更平滑地与车上的齿轮啮合。Abt齿轨经常是两或三条平衡使用，火车上亦配有相同数量的齿轮；这样便能确保最少有一个齿轮是啮合上的。

Strub系统与Abt类似，但只用一条较宽的齿轨。这种系统维修最简单，亦越来越受欢迎。

Locher系统的齿是铣割在钢轨的两旁边，而不是上方。机车以两个齿轮同时在左右两侧啮合齿轨。这种齿轨不会出现齿轮跳出齿轨，适合攀爬特陡峭的斜坡。世界最陡峭的皮拉特斯山铁路使用的就是这种齿轨。

Von Roll由Von Roll公司制造：齿的形状比例跟Riggenbach或Strub一样；但制作较为容易，被用作替代品。

Abt是使用得最多的齿轨。有些铁路使用的是齿轨与黏着组合驱动，只在陡峭的路段使用齿轨，其余部分则跟常规的铁路一样。纯粹使用齿轨的铁路机车，动力都在齿轨轮上，其他车轮都只是跟随着转动，是不带动力的。

初期的齿轨铁路使用的是蒸汽机车。这些机车必须要经过大量改装才能运作。与柴油或电力机车不同，蒸汽机车锅炉内的水必须经常把热水管及燃烧室壁覆盖。不然的话，燃烧的热力会把这些部分烧熔；或令它们变软，在压力下断裂，造成意外。

在坡度非常高的齿轨铁路，锅炉、驾驶室及车头主结构会被造成向前倾。这样当它们走到斜的铁路上时，便变回接近水平了。这种机车不可以在水平的路段运作，故此包括维修厂在内的整条路线都必须全是斜的。

为了安全原因，在纯粹使用齿轨的铁路上，机车必然是放在列车的尾端，把客车车厢向前推。机车都装有强力的制动刹车装置，通常包括有钳紧齿轨的钳。部分的制动装置由速度控制，当车速太快时便自动启动，以防滑溜。有些齿轨铁路的机车及客车车厢之间是没有接钩的，只靠重力把客车车厢压在机车上。

中国大陆都四铁路，都江堰至四姑娘山观光铁路简称。沿线设置12个站点，部分路段采用齿轨技术。

瑞士的齿轨铁路齿轨铁路的攀斜能力不及缆索铁路，不过却可以建成更长、或更复杂的路线。特别是齿轨与黏着组合驱动可以把平地及登山铁路结合，乘客可以无需换乘。

日本静冈县大井川铁道井川线Abt市代站～长岛水坝站路段使用Abt系统。

美国新罕布什州华盛顿山上的齿轨铁路，采用Marsh系统，建于1869年，是唯一完全建于支架上的齿轨铁路，全长5.2公里。

美国科罗拉多州Manitou and Pike Peak Railway，采用Abt系统。

瑞士少女峰铁路，山上车站位于山体内，为欧洲最高车站。

瑞士皮拉特斯山铁路，最斜的路段达48%，是世界最斜的齿轨铁路。