Рельсы - главный элемент верхнего строения. Они воспринимают давление от колес подвижного состава и передают его нижележащим элементам, а также направляют колеса подвижного состава при его движении. На участках с автоблокировкой рельсы служат проводником сигнального тока, а при электротяге - и обратного тягового тока.

Основные требования к рельсам состоят в том, что они должны:

• быть прочными и устойчивыми;
• обеспечивать безопасное движение поездов с установленными максимальными скоростями;
• обладать наибольшим сроком службы;
• быть недорогими и удобными в изготовлении и эксплуатации.

Конкретно это означает следующее:

• в целях обеспечения устойчивости пути при воздействии подвижного состава и температуры рельсы должны быть тяжелыми. В то же время для экономии металла и удобства обращения с ними при изготовлении, перевозках, смене и т.п. рельсы должны быть по возможности легкими;
• для лучшего сопротивления изгибу под подвижной нагрузкой рельсы должны быть достаточно жесткими (иметь необходимый момент инерции). Во избежании жестких ударов колес о рельсы, могущих вызвать повреждения ходовых частей подвижного состава, расплющивание и излом рельсов, необходимо, чтобы они были достаточно гибкими;
• во избежании изломов рельсов от ударно-динамических воздействий подвижного состава необходимо, чтобы материал их был вязким. Но ввиду того что рельсы воспринимают от колес сосредоточенные силы, требуется, чтобы рельсовый металл не сминался, не сплывал, не истирался и был в меру твердым;
• для обеспечения необходимой силы сцепления между рельсами и ведущими колесами локомотивов надо, чтобы поверхность катания рельса была шероховатой. Для уменьшения же сопротивления движению колес необходимо, чтобы его поверхность катания была гладкой;
• в целях упрочнения ведения путевого хозяйства число типов рельсов должно быть минимальным.

Из государственных же интересов экономии металла нецелесообразно применять рельсы одного и того же типа в различных эксплуатационных условиях, поэтому число типов должно быть минимальным в разумных пределах.

Таким образом, требования и условия, которым должны удовлетворять рельсы, одновременно важны, необходимы и противоречивы. Поэтому, очевидно, оптимальным вариантом будет тот, который применительно к конкретным условиям удовлетворяет большинству названных требований.