「黑科技」材料
從一開始製造火車的材料就有兩大類型，其一是機車由於要盛載蒸汽機、引擎以及燃料，所以使用鋼鐵製造；其二是沒有動力的車廂，由於只是載乘客或貨物，往往只是用金屬做車底，其餘部份則用木材製造，柬埔寨甚至有「竹製火車」。
只不過隨著人們對搭乘質素要求日高，加上火車的速度越來越快，木林已經不能提供足夠的保護以及舒適度，所以整列車廂都會用鋼鐵製造。20世紀60年代初，日本率先研製出不銹鋼車輛，但鋼鐵的缺點是密度高令到車廂太重，不利提高速度，而且消耗更多的能量，加上不銹鋼車體不易解決車廂氣密性問題，所以只用於製造普速鐵路系統。
早在20世紀50年代，一些國家就開始採用鋁型材來製造鐵路車輛，鋁的密度小，約為鋼的1/3，表面易氧化形成緻密而穩定的氧化膜，所以耐蝕性好。雖然鋁材價格較高，使車輛製造成本增加，但由於鋁合金使得車輛輕量化，帶來了運能的增加，耗能的減少，維修的費用降低。為解決車廂氣密性，可採用擠壓鋁型材焊接結構；若要進一步減低車廂重量，更可以採用蜂窩狀鋁來製造車廂。主要應用在受力構件、門、窗、管、蓋、殼等材料，以及作為裝飾和絕熱材料。目前中國高鐵列車已大量使用鋁合金材料。
高鐵在時速超過250公里的狀態下運行，對新材料的強度、疲勞性能、輕量化、工藝性等提出了更高的要求。其中一種應用廣泛的是碳纖維，具有重量輕、強度高、耐腐蝕、不同溫差下蠕變小等優異性能。碳纖維相對於鋁合金，可減重40%左右，和塑料差不多，但強度比鋼材要高7倍以上。碳纖維的高強度特性，應用在方向盤，機械強度和抗衝擊性相比普通材料分別提高35%和20%以上。整車強度也比普通材料的車身至少強上20%-30%，同時不懼酸鹼鹽等化學物質的腐蝕，使用壽命長，提高了高鐵的安全性。
另外，基於中國地域上氣候的差距，由冰天雪地的東三省，到高溫潮濕的嶺南，甚至沙漠強風的大西北，較大的溫差需要保持零部件零變形。碳纖維由於不是金屬，對於熱脹冷縮的表現更為穩定。在很多交通事故中，車體材質燃燒後形成的濃煙和有害物質往往會導致死亡率上升。新型碳纖維複合材料能達到歐盟EN45545軌道車輛材料防火測試標準，能夠大大減少此類事故的危害性，所以既可以應用於列車內飾、受電弓和設備艙等非承載、次承載部件，也可以應用於車體、轉向架這類主承載部件。
除了碳纖維外，高鐵的高要求間接衍生了不少材料科學上的「黑科技」，其中一大類是「複合材料」。例如纖維增強樹脂基複合材料（Fiber-Reninforced Resin Matrix Composites)因為高比強度（剛度）、耐疲勞、耐蝕、隔熱、阻燃、可設計性強等優點，英國、日本、德國先後在上世紀60年代開始應用於製造鐵道車輛。其他使用複合材料的鐵路部作還有：
轉向架：必須滿足安全、運行舒適度以及耐磨損、易檢修等要求，多采用優質碳素鋼、低合金低碳高強度鋼、耐候鋼製造的構架。
輪軌系統：車輪與鋼軌材料除了要有足夠的強度、韌性、耐磨性外，還必須具有耐擦傷、抗剝離的性能。對於合金鋼軌材料，非熱處理的Cr-Mo，除了有較高的循環軟化抗力外，也有較好的抵抗短波磨損的能力。此外，還從鋼軌鋼的強韌化和純淨化方面進行努力，大力發展全長熱處理鋼軌、稀土鋼軌和降噪降振新鋼軌。
無砟軌道：無砟軌道的鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上，水泥枕與鐵軌間採取了許多連接穩固的措施。高鐵軌道水泥枕、鐵軌和地基間的連接處均以聚氨酯彈性體填隙、密封，一則使連接穩固，不因受氣候變化而位移；二則可起防震和消除噪音作用。
聚氨酯枕木：為適應高速列車的提速要求，開發聚氨酯枕木以部分取代混凝土枕木是發展的趨勢。聚氨酯枕木具有卓越的耐久性並可降低週期成本。在西歐，該技術已有較成熟的研製和應用經驗；在日本，聚氨酯枕木已在高速列車新幹線軌道上得到應用。
聚氨酯膠黏劑：聚氨酯在車輛上承擔著玻璃粘接、地板粘接、嵌縫填充、密封防水等各種必不可少的作用，主要應用於車窗玻璃的粘接密封及部分填充部位的密封。
聚脲彈性體塗層：高鐵無碴軌道要求防護層不僅具有防水、防滲和抗裂等基本性能，還要能經受火車高速行駛帶來的高速、重載、交變衝擊等作用。聚脲塗層無接縫，粘結力強，真正做到了整體防水，同時還具有優異的耐磨性、抗衝擊、抗開裂、耐紫外光和耐高低溫性能，可滿足高鐵的特殊要求。
受電弓滑板：受電弓滑板是機車供電系統重要集電組件，通常有碳滑板、金屬滑板、浸金屬碳滑板和粉末冶金滑板，各國多采用碳滑板。浸金屬碳滑板既有碳材料的自潤滑性，又具備了金屬材料集電、強度和抗衝擊力高的特點，成為最理想的滑板材料。
新型複合導線：高速鐵路使用的導線主要有銅銀(0.15-0.18% Ag)，銅鎘(0. 7-1.3%
Cd)或銅錫合金(0. 3% Sn)等。隨列車的高速化．研製高線張力和重量輕的新型複合導線（即外表為銅，芯部為鋼）是發展趨勢。
制動摩擦系統：制動盤過去長期使用合金鑄鐵，但高速列車要求選用高強度抗熱裂的合金鍛鋼，如Ni-Cr-Mo或Cr-Mo-V合金鋼，也有研製金屬基複合材料和CC複合材料製動盤。目前常用的摩阻材料可分為含磷鑄鐵、粉末冶金材料和合成材料。
減振、降噪材料：高速帶來的衝擊、振動和噪聲的加劇，採用減振降噪組件，例如勃彈性能、耐疲勞、耐老化性能更優的橡膠組件。橡膠組件已在高速列車上廣泛應用於防振、緩衝、隔音、密封、絕緣，以及彈性偶合件和空氣橡膠簧等方面，尤其是減振降噪作用特別顯著。