L’Alsace est principalement parcourue par des trains TER Grand Est (ou TER Fluo), des TGV inOui et des Ouigo. En raison de sa situation géographique, elle accueille également des trains régionaux et grandes lignes des pays limitrophes.
Les trains roulent du côté droit sur les lignes à double voie en Alsace et en Moselle alors qu’ailleurs en France, ils roulent du côté gauche, comme en Angleterre. Cela nécessite la présence de sauts-de-mouton entre l’Alsace (et la Moselle) et le reste de la France. En revanche, les lignes construites récemment ont adopté la norme française, à l’instar de la LGV Est européenne, où les trains roulent à gauche sur la totalité du trajet.
La ligne Strasbourg-Bâle fait partie des 27 % du réseau ferré national sur lesquels se concentre 80 % du trafic voyageurs en France métropolitaine. Avec la LGV Est européenne et l’extrémité est de la ligne de Paris-Est à Mulhouse-Ville (qui prolonge la LGV Rhin-Rhône jusqu’à Mulhouse), elle forme l’armature du réseau ferroviaire alsacien.
La gare de Strasbourg-Ville est une des plus importantes gares de voyageurs hors Île-de-France, avec plus de 21 millions de voyageurs en 2019 ; les gares de Mulhouse-Ville, Colmar, Sélestat, Haguenau, Molsheim, Saint-Louis et Saverne connaissent, quant à elles, une fréquentation annuelle entre 1 et 5,3 millions de voyageurs.
Le 11 décembre 2022, Strasbourg devient la première métropole française hors Paris dotée d’un RER métropolitain, le REME.
L’agglomération de Guebwiller, avec ses 30 000 habitants, est l’agglomération la plus peuplée du Grand Est qui n’est pas reliée au réseau ferré régional et national.
En matière de fret ferroviaire, l’Alsace compte deux gares de triage : Hausbergen au nord de Strasbourg et Mulhouse-Nord. La gare de Strasbourg-Port-du-Rhin est l’une des plus importantes gares aux marchandises du Grand Est.
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