Alta velocidade ferroviária, também chamada de comboio ^{(português europeu)} ou trem ^{(português brasileiro)} de alta velocidade ou trem-bala, é um tipo de transporte ferroviário que opera significativamente mais rápido do que o tráfego ferroviário tradicional, utilizando um sistema integrado de material rodante especializado e linhas específicas. Embora não exista um único padrão que se aplique a nível mundial, considera-se que as novas linhas com mais de 250 quilômetros por hora e as linhas existentes em mais de 200 quilômetros por hora podem ser consideradas de alta velocidade, sendo que alguns estendem a definição para incluir velocidades mais baixas em áreas onde isto representou uma melhoria significativa.

O primeiro tal sistema começou operações no Japão em 1964 e era sabido extensamente como o trem-bala. Os trens de alta velocidade normalmente operam em trilhos de bitola padrão de trilho soldado continuamente em uma linha ferroviária separadas em graus que incorpora um grande raio de giro em seu projeto. Apesar de trilhos de alta velocidade serem mais frequentemente projetado para viagens de passageiros, alguns sistemas de alta velocidade também oferecem serviço de frete. O grupo de trabalho da União Internacional de Caminhos-de-Ferro fornece definições de viagens de comboio de alta velocidade. Não existe apenas uma única definição do termo, mas uma combinação de elementos — carris novos ou atualizados, material circulante, práticas de exploração — que levam a que um dado serviço seja ou não considerado como de alta velocidade.

Muitos países desenvolveram a alta velocidade ferroviária para conectar grandes cidades, incluindo a Áustria, a Bélgica, a China, a França, a Alemanha, a Itália, o Japão, os Países Baixos, a Polónia, Portugal, a Rússia, a Coreia do Sul, a Espanha, a Suécia, Taiwan, a Turquia, o Reino Unido, os Estados Unidos da América e o Uzbequistão. Apenas na Europa a alta velocidade ferroviária atravessa as fronteiras internacionais. A China tem 22 000 quilômetros (14 000 milhas) de linhas de alta velocidade ferroviária no final de dezembro de 2016, correspondendo a dois terços do total mundial.

A atenção prestada aos trens (comboios) rápidos que superam os 200 km/h (o primeiro foi o italiano ElettroTreno ETR 200 em 1939) justifica-se pela necessidade de aliviar o congestionamento do tráfego aéreo e rodoviário, uma vez que se reduzem simultaneamente os custos de exploração e a poluição. Os trens (comboios) de alta velocidade normalmente operam em carris (trilhos) de bitola padrão com barra soldada contínua e passagens de desnível com direito de passagem que incorporam um grande raio de viragem no seu desenho.