thumb|right|300px|Cel mai modern tip de Shinkansen, 25 kV, 60 Hz, viteza maximă 260 km/h Apariția locomotivei electrice, la sfârșitul secolului al XIX-lea, reprezintă un moment important in istoria transportului feroviar. Evoluția acesteia de-a lungul secolului al XX-lea și XXI-lea a fost favorizată de avantajele pe care le ofera: facilitatea și siguranța în exploatare, puteri mai ridicate și respectarea principiilor ecologice.
Precursori Primul motor electric (cu magneți permanenți) a fost realizat în 1834 de fizicianul rus (de origine germană) Boris Semionovici Iakobi (1801 - 1874) . Această invenție a fost aplicată la tracțiunea feroviară de către mecanicul american Thomas Davenport. Acesta a construit în 1835 la Springfield (Massachusetts) un vagon experimental cu motor electric, care poate fi considerat strămoșul tramvaielor electrice.
În Germania abia se inaugurase prima linie feroviară cu tracțiune cu abur,Prima linie de cale ferată germană, denumită Ludwig-Eisenbahn Gesellschaft, a fost inaugurată în Bavaria, la 7 decembrie 1835. când atenția publicului avea sa fie reținută, în 1840, de macheta unui tren electric cu alimentare prin baterii, inventat de Johann Philipp Wagner, mecanic în Fischbach. Wagner a încercat să aplice invenția pentru o locomotivă de dimensiuni normale dar a eșuat deoarece bateriile erau prea slabe.
Scoțianul Robert Davidson (1804 - 1894) realizează, în 1837, o locomotivă de 5 tone, cu două osii, ambele motoare, acționate de motoare electrice. Modelul este expus la o expoziție de mașini electrice din Edinburgh. Această locomotivă reușește, în 1842, să tracteze un tonaj de 6 t, cu o viteză de 6,5 km/h.
Experimente asemănătoare au fost efectuate de americanii Mose Farmer, în 1847 și Charles Grafton Page (1812 - 1868), in 1851. Aceștia au realizat, independent, mai multe vehicule feroviare acționate prin motoare electrice de curent continuu, alimentate prin baterii aflate la bord. O experiență similară a fost efectuată în 1864, la Versailles, de către francezii Louis Bellet și Charles de Rouvre. Aceștia au realizat un vehicul poștal cu patru roți, denumit Locomotive porte-lettre. Alimentarea electromotorului se realiza de la o baterie fixă printr-o a treia șina centrală. Aceasta invenție a făcut trecerea de la vehiculele electrice autonome (cu sursa de curent aflată la bord) la vehiculele electrice propriu-zise.
Perfecționarea mașinilor electrice de curent continuu datorată invențiilor și descoperirilor lui Antonio Pacinotti (1841 - 1912), Werner von Siemens (1816 - 1892) și Zenobe Theophile Gramme (1826 - 1901) au deschis noi perspective evoluției tracțiunii electrice. Au loc diverse încercari de realizare a unor linii electrificate, printre acestea figurând cele efectuate de ofițerul rus Feodor Apollonovici Piroțki (1845 - 1898) în 1876 și de către americanul Green în 1878. Astfel, locomotiva electrică a lui Piroțki a circulat pe o linie de 3,5 km din Sesbrorețk, iar alimentarea se făcea prin șinele de rulare.
Prima locomotivă electrică Data de 31 mai 1879 poate fi considerată ziua de naștere a tracțiunii electrice feroviare. În această zi a fost prezentată, în cadrul Expoziției industriale de la Berlin, o mică linie electrificată realizată de inginerul german Werner von Siemens.De numele acestui mare inventator, dar și industriaș german sunt legate înființarea, în 1847, a celebrei firme Siemens & Halske și descoperirea, în 1867, a autoexcitației mașinilor electrice. Din acel moment începe aplicarea în practică, mai ales la transportul de călători, a locomotivei electrice. Locomotiva realizată de Siemens avea numai 3 CP (2,2 kW) și atingea o viteză maximă de 7 km/h reușind să transporte 18 călători pe o linie expozițională, având un traseu circular de 300 m lungime. Locomotiva era alimentată cu curent continuu de 150 V prin intermediul uneia din șine și a unei a treia șină centrală. În patru luni de funcționare, acest trenuleț electric (ecartamentul era doar de 49 cm) a transportat peste 86.000 de vizitatori.
Extindere Doi ani mai târziu, în 1881, firma Siemens & Halske a pus în circulație, într-un cartier berlinez, primul tramvai electric din lume. În același an, tracțiunea electrică este introdusă și la minele de sare și potasiu de la Zuckerode (Germania). Tramvaiul electric este introdus în diverse orașe europene: Paris (1881), Charlottenburg (Germania, în 1882), Mödling-Hinterbrühl (Austria, în 1884) și Offenbach (Frankfurt pe Main, în 1884). thumb|right|200px|Ampère, locomotiva electrică miniatură realizată de Leo Daft În SUA, printre pionierii tracțiunii feroviare putem menționa: Thomas Alva Edison (1847 - 1931), Stephen D. Field și Leo Daft (1843 - 1922). Astfel, în 1880 prima locomotivă electrică americană a fost realizată după proiectele lui Edison. Curentul electric era preluat prin șina de rulare. În 1883, societatea americană Electric Railway Company realizează o locomotivă electrică ce putea remorca un singur vagon cu 16 locuri. Aceasta a fost expusă în Chicago și Louisville. În 1883, pe linia Saratoga & Mount Mac Gregor Railroad a fost introdusă o locomotivă electrică de 12 CP (8,8 kW), realizată după planurile lui Leo Daft. Aceasta putea remorca un vagon de călători de 68 de locuri și 10 tone, cu o viteză maximă de 13 km/h. Pe 26 august 1885 și linia supraînalțată de metropolitan din New York a fost înzestrată cu o locomotivă electrică, denumită Ben Franklin, al cărui autor a fost același Leo Daft. În perioada 1890 - 1892, are loc o extindere a aplicării tracțiunii electrice în cadrul liniilor ferate americane (tracțiunea cu abur pierde teren), dar și al tramvaielor electrice. Începând cu 4 august 1895, Baltimore & Ohio Railroad, introduce în exploatare linia de contact aeriană, alimentarea fiind cu curent continuu de 675 V. Primele linii ferate electrificate europene au fost Sissach - Gelterkinden și Gütschalp - Mürren din Elveția, inaugurate în 1891. Liniile funcționau cu curent continuu și aveau ecartament îngust. Prima linie europeană electrificată cu ecartament normal a fost tot în Elveția și anume Burgdorf - Thun, inaugurată în 1899. In acest caz, s-a adoptat alimentarea cu curent alternativ trifazat: 750 V și 40 Hz. thumb|right|200px|Locomotivă electrică americană a companiei Milwakee Road, 3.000 V, curent continuu, 1961
Curent alternativ sau continuu? Apariția rețelelor de curent alternativ trifazat a condus la o împărțire a părerilor privind modalitatea de alimentare a căilor ferate electrificate. În afară de electrificarea cu curent continuu, s-au adoptat și variantele: 6 kV si 15 Hz sau 25 Hz: Germania 15 kV si 16,66 Hz: Elveția 3,4 kV si 15 Hz: Italia
Pentru stabilirea unui sistem unitar de alimentare electrică, au avut loc congresele internaționale feroviare la Berna (1910) și Torino (septembrie 1911). Din nefericire, problema n-a putut fi rezolvată, subliniindu-se că fiecare sistem are avantajele și dezavantajele sale. Totuși, in 1912, administrațiile feroviare din Germania, Austria, Elveția, Suedia și Norvegia s-au pus de acord și au adoptat sistemul cu tensiunea de 15 kV și frecvența de 16,66 Hz. În SUA se menține, și după Primul Război Mondial, sistemul de alimentare cu curent continuu de 3 kV. Acest model (și cu varianta de 1,5 kV) este urmat și de unele țări europene: Franța, Belgia, Marea Britanie, Olanda, Rusia, Spania. Chiar și Italia, care utilizase curentul alternativ, se îndreaptă către această soluție. Disputa dintre cele două mari sisteme de electrificare a durat aproape o jumătate de secol, până când, prin anii 50', a apărut un al treilea, și anume cel monofazat de 25 kV și frecvența industrială, de 50 Hz, care, în cele din urmă câștigă competiția, avantajele sale bucurandu-se de cea mai largă recunoaștere internațională. În 1960, această soluție a fost adoptată și de rețeaua CFR.
Curentul alternativ trifazat Primele încercări de utilizare a acestei soluții datează încă din 1892, fiind efectuate de firma Siemens & Halske la Charlottenburg. Aceeași firmă realizează și prima locomotivă electrică cu o astfel de alimentare, în 1898. Această locomotivă avea 16 tone, viteza maximă de 60 km/h și puterea 176 kW. Alte firme care au contribuit la dezvoltarea tracțiunii feroviare în curent alternativ trifazat sunt: Brown Boveri & C. SA Baden și GanzAceasta firmă beneficiază de contribuțiile inginerului maghiar Kálmán Kandó (1869 - 1931). din Budapesta. thumb|right|200px|Alimentare prin linie de contact cu două fire (a treia fază fiind linia ferată) în La Rhune, St-Jean-De-Luz, Franţa Unul dintre cele mai celebre tronsoane feroviare cu o astfel de alimentare este linia Valtellina, aflată în partea nordică a țării, la poalele Alpilor. Aceasta a fost dată în exploatare la 15 octombrie 1902. Alimentarea se realiza prin două fire aeriene, a treia fază fiind cuplată la calea de rulare. Tensiunea era de 3,4 kV iar frecvența de 15 Hz. Materialul rulant motor se compunea din locomotive electrice și automotoare electrice. Locomotivele electrice, construite in 1902, erau prevăzute cu patru motoare cu o putere de 440 kW si atingeau 35 km/h. Automotoarele aveau aceeași putere, în schimb puteau atinge 60 km/h. În 1904, firma Ganz a realizat un nou model de locomotivă electrică pentru Valtellina. Aceasta avea 600 kW și putea atinge o viteza mai mare: 70 km/h.
Sistemul trifazat a fost extins și pe alte linii din nordul Italiei, astfel că, în 1918, 84 % din liniile ferate italiene erau electrificate.
Una din firmele italiene care a adus o contribuție semnificativă în domeniul transportului feroviar electrificat este Italiana Westinghouse. Aceasta a produs, după licența Ganz, partea electrică a locomotivelor electrice. Dintre cele mai notabile astfel de vehicule feroviare se remarcă: locomotiva F.S.-E-330, tip 1-C-1, realizată prima dată în 1912, denumită Il Cammello. Avea o putere de 2.000 kW și putea ajunge la 100 km/h. F.S.-E-431.037, tip 1-D-1, utilizată în perioada 1924 - 1976. F.S.-E-432'''', tip 1-D-1, cea mai puternică locomotivă de curent alternativ trifazat: 2.600 kW, viteza maximă 100 km/h. După cel de-al Doilea Război Mondial, rețeaua feroviară de curent alternativ trifazat din Italia a fost înlocuită cu sistemul de curent continuu de 3 kV.
În Germania, rezultate spectaculoase s-au obținut pe linia experimentală Marienfelde - Zossen (lângă Berlin), unde s-a utilizat un tren electric automotor realizat de Siemens & Halske și A.E.G.. Spre deosebire de situațiile anterioare, unde a treia fază o constituiau șinele, la această cale ferată linia de contact era alcătuită din trei fire amplasate la nivele diferite. La 27 octombrie 1903, această ramă electrică a atins o viteză-record de 210,2 km/h. Cu toate performanțele obținute, Germania nu a adoptat acest sistem de alimentare, optând ulterior pentru alimentarea cu curent alternativ monofazat sau continuu.
Alte rețele de căi ferate care au utilizat alimentarea cu curent alternativ trifazat: sudul Spaniei: tronsonul Gergal - Santa Fé, electrificat în 1911: prima linie de cale ferată electrificată din Spania; ulterior acest tronson a fost prelungit; liniile companiei americane General Electric, din statul Washington
Curentul continuu Acesta a fost cel mai vechi sistem de alimentare pentru tracțiunea electrică feroviară. Se utilizau substații de transformare alimentate la sistemul energetic trifazat de 50 Hz. Transformat de la înaltă tensiune, 110 kV, la 1.500 V, curentul alternativ era transformat în curent continuu cu ajutorul unui grup rotativ motor-generator. Linia de contact furniza o tensiune de alimentare de la 550 V până la 4.300 V. Ulterior, aceasta s-a standardizat la valorile: 750 V utilizată la tramvaie, 1.500 V și 3.000 V pentru liniile feroviare. Astfel, țări ca Franța, Spania, Olanda, Japonia, Anglia, Suedia, Australia ș.a. mai utilizeaza și astăzi tensiunea de 1,5 kV, iar cea 3,3 kV este utilizată în unele zone ale fostei URSS.