Une ligne à grande vitesse est à l’origine une infrastructure nouvelle dédiée à la circulation de trains à grande vitesse roulant au-dessus de 220 km/h. C’était le cas lorsqu’elle est apparue au Japon en 1964. Aujourd’hui, la définition la plus souvent admise de la grande vitesse ferroviaire est la pratique de vitesses de 250 km/h ou plus. C’est également des lignes électrifiées, des ouvrages d’art adaptés aux vitesses pratiquées, une technologie d’avant-garde et un système de signalisation particulier avec transmission d’informations entre le sol et le train. Le réseau à grande vitesse n’est pas homogène en termes de vitesse. On distingue parfois la grande vitesse à partir de 200-220 km/h sur voies classiques aménagées et la très grande vitesse à partir de 250 km/h et plus sur voies dédiées.

Les constructeurs de matériel roulant créent des trains spécifiques en fonction de ces vitesses. Dans son étude mondiale du marché ferroviaire, l’Union des industries ferroviaires européennes (UNIFE) livre sa définition de la très grande vitesse (very high speed) : plus de 300 km/h pour le matériel et plus de 220 km/h pour les voies ferrées.

L’Union internationale des chemins de fer (UIC) considère qu’une vitesse commerciale de 250 km/h est le critère principal de la définition de la grande vitesse ferroviaire. Toutefois, l’UIC admet un critère secondaire :

« Sur les distances moyennes sans concurrence aérienne, où il n’est peut-être pas pertinent de pratiquer une vitesse de 250 km/h, une vitesse inférieure, de 230 ou 220 km/h voire au moins supérieure à 200 km/h, est suffisante pour donner au transport collectif sa part de marché maximale. »

Ceci s’applique également aux très longs tunnels. Pour des vitesses supérieures à 200 km/h, l’infrastructure peut être classée « grande vitesse » par l’UIC si son fonctionnement en respecte les principes : équipement de voie, matériel roulant (rames automotrices), système de signalisation (absence de signalisation latérale), exploitation (postes de commande centralisée), séparation géographique ou temporelle des trafics fret et voyageurs.

Dans la directive européenne 2008/57/CE, le système ferroviaire transeuropéen à grande vitesse (RTE) est décrit en deux parties : les lignes et les véhicules.

Les lignes à grande vitesse comprennent
-Les lignes spécialement construites pour la grande vitesse, équipées pour des vitesses généralement égales ou supérieures à 250 km/h.,
-Les lignes spécialement aménagées pour la grande vitesse, équipées pour des vitesses de l’ordre de 200 km/h.
-Les lignes spécialement aménagées pour la grande vitesse à caractère spécifique en raison de contraintes topographiques, de relief ou d’environnement urbain, dont la vitesse doit être adaptée au cas par cas. Cette catégorie comporte aussi les lignes d’interconnexion entre les réseaux à grande vitesse et conventionnel, les traversées de gares, les accès aux terminaux, aux dépôts, etc., qui sont parcourus à vitesse conventionnelle par du matériel roulant « grande vitesse ».
Ce réseau comporte les systèmes de gestion du trafic, de localisation et de navigation, les installations techniques de traitement des données et de télécommunication prévues pour le transport sur ces lignes afin de garantir l’exploitation sûre et harmonieuse du réseau et la gestion efficace du trafic.

Le système ferroviaire transeuropéen à grande vitesse comprend les véhicules conçus pour circuler :
- soit sur les lignes spécialement construites pour la grande vitesse, à une vitesse d’au moins 250 km/h, tout en permettant, dans des circonstances appropriées, d’atteindre des vitesses dépassant 300 km/h ;
- soit sur les lignes mentionnées [ci-dessus], lorsque cela est compatible avec les niveaux de performance de ces lignes, à une vitesse de l’ordre de 200 km/h.