Le train-tram est un système de transport public ferroviaire dérivé du tram-train particulièrement adapté aux villes petites et moyennes et permettant d’offrir des relations directes et sans rupture de charge entre un centre-ville et sa périphérie ou sa région. En ce sens, le système est particulièrement avantageux pour les villes dont la gare centrale est excentrée par rapport au centre-ville.
Le concept de train-tram est neuf et désigne, à l’opposé du tram-train qui est un tramway capable de circuler sur des infrastructures ferroviaires, un véhicule aux caractéristiques ferroviaires qui « entre » dans la ville et circule sur des plates-formes urbaines. Les infrastructures urbaines peuvent être des infrastructures existantes (réseau de tramway en site propre ou en site mixte) ou alors des infrastructures nouvelles (section de TCSP nouvelle, le plus souvent en cul de sac et s'approchant du centre-ville). Les infrastructures ferroviaires, quant à elles, sont le plus souvent des infrastructures déjà utilisées (lignes ferroviaires) ou abandonnées (anciennes lignes industrielles), ce qui représente un avantage du système en terme de coûts d'investissements. Le train-tram désigne en tant que tel le véhicule capable de circuler sur les deux réseaux. Les voies urbaines ou ferroviaires peuvent être dédiées, c’est-à-dire limitées à la circulation des trains-trams ou alors la circulation peut être mixte : avec les trains classiques ou fret sur la ligne ferroviaire ; avec des tramways ou des bus (dans le cas d’une infrastructure en site propre) ou alors avec des voitures, autobus et/ou tramway (dans le cas de sites urbains mixtes).
Le système train-tram nécessite un tronçon de voie nouvelle permettant d’interconnecter physiquement le réseau ferroviaire et le réseau urbain. La circulation d’un véhicule unique sur des infrastructures régionales et urbaines, aux caractéristiques souvent différentes, peut imposer des adaptations des caractéristiques des infrastructures urbaines (entraxe des voies, hauteur des quais, écartement des rails,…). L’absence de réseau urbain, représente une situation particulièrement avantageuse d'un point de vue technique, puisqu'elle permet de concevoir, dès le départ, des sections de voies urbaines conçues pour la circulation de véhicules ferroviaires légers.
Les véhicules train-tram sont des véhicules ferroviaires légers à traction diesel ou alimentation électrique, munis d’installations supplémentaires, telles que des freins plus puissants ou des clignotants leur garantissant l'homologation pour être autorisé à circuler sur des voiries urbaines. Leurs performances sont ainsi identiques à celles des véhicules tramways, tout en restant des véhicules ferroviaires. Ils répondent pleinement aux normes de sécurité et aux exigences de signalisation propres à la circulation sur les réseaux urbains. Ces véhicules circulent avec une vitesse maximale de 40km/h sur les tronçons en exploitation mixte. Leur vitesse sur la ligne ferroviaire est en général de 120 km/h au maximum.
Les véhicules Regiosprinter, construits par Siemens entre 1996 et 1997 sont des véhicules légers au sens des normes ferroviaires allemandes. Ils disposent d’une résistance de caisse vis-à-vis d’un effort longitudinal de 600 kN, alors que les trains classiques ont une résistance de 1500 kN. Initialement prévu pour la ville de Zwickau (Allemagne), la pression exercée par les sociétés ferroviaires régionales qui exigeaient des caractéristiques « pleinement » ferroviaires, a obligé Siemens à stopper la construction de ces véhicules. Les nouveaux véhicules diesels comparables sont donc des véhicules ferroviaires à part entière (Lint, Desiro, Regioshuttle, Talent, GTW2/6-2/8).
Le réseau de la ville de Zwickau peut être considéré comme le premier exemple de train-tram en Europe, l’unique projet comparable existant à Camden-Trenton dans le New Jersey (USA) avec la Riverline. Sa première mise en service date de 1999. La ville de Zwickau dispose d’un réseau urbain à écartement de voies métriques, ce qui rend l’interconnexion avec les infrastructures ferroviaires difficile. Toutefois grâce à la construction d’un troisième rail sur la portion urbaine il a été possible de faire circuler les véhicules diesel de type Regiosprinter dans le centre ville et de proposer ainsi une liaison directe entre la région, la périphérie et le centre ville. L’infrastructure urbaine est utilisée aussi bien par le train-tram que par le tramway.
En 2001, la capitale canadienne d'Ottawa a mis en service une ligne de 8 km entre la banlieue sud et la ville centrale avec des rames Bombardier Talent sur une ligne existante du Canadien Pacifique. Les projets futurs prévoient un trajet au centre-ville sur rue ou dans un tunnel. La ville d’Aix-la-Chapelle (Allemagne) prévoit également la mise en œuvre du système de train-tram sur une portion urbaine avec circulation de véhicules de type Talent (Euregiobahn). Aussi bien à Aix-la-Chapelle que dans les villes nord-américaines où le système existe déjà, la composante « tramway » fait à présent défaut puisque seuls des véhicules ferroviaires circulent dans la ville par l’intermédiaire d’une infrastructure qui leur est propre.
La communauté de Valence FGV (Espagne) a mis en service en 2006 un Tren-Tram circulant entre Alicante et Denia. C'est un tramway pouvant aller jusqu'à 100km/h en service commercial (même si actuellement il n'a encore reçu l'agrément et ne roule que jusqu'à 60km/h).