電車が動く基本原理は、理科の実験で習う「乾電池と豆電球の回路」と本質的に同じです。電気が流れるためには、プラスからマイナスへと電気が一周する通り道（回路）が必要になります。多くの人が「電気を取り入れる側」は知っていても、「電気がどこへ戻っていくのか」を見落としがちです。
電車の上空に張られたワイヤーを架線（かせん）と呼び、ここに変電所から高電圧の電気が送り込まれています。電車の屋根に設置されたパンタグラフの仕組みと電気の流れを追うと、まず架線と接触する「すり板」から大電流を取り込みます。その電気は車内の変圧器や制御装置を経て、台車に搭載された電車のモーター（主電動機）へと送られ、強力な回転力を生み出して車輪を駆動させます。
そして役目を終えた電気は、車輪を経由して足元のレールへと逃げ、レールを通って元の変電所へと戻っていきます。つまり、電車は「架線（行き）」と「レール（帰り）」に挟まれることで一つの壮大な電気回路を形成しているのです。この架線とレールの回路が常に途切れることなく保たれているからこそ、電車は力強く走り続けることができます。
また、日本国内の鉄道路線には直流と交流の電車の違いが存在します。首都圏の通勤路線や私鉄の多くは直流1500Vを採用しており、変電設備を地上側に多く配置する代わりに車両側の構造をシンプルにしています。一方、長距離を走る新幹線や東北・北陸・九州地方の在来線では、送電ロスが少ない交流20000V〜25000Vが使われており、車両側で交流を直流に変換して走行します。
現代の電車を語る上で欠かせないのがVVVFインバータ制御（可変電圧可変周波数制御）です。架線からの電気を最適な周波数と電圧の交流電力にきめ細かく変換することで、発進時のショックを極限まで抑えつつ、無駄なエネルギー消費を劇的に削減することに成功しています。発進時に車内から聞こえる「プイーーン」という心地よい電子音は、まさにVVVFインバータが電気の波形を高速で切り替えている証拠です。
