悬挂式单轨铁路是单轨铁路的一种，特点是使用的轨道只有一条，而非传统铁路的两条平衡路轨。和城市轨道交通系统相似，单轨铁路主要应用在城市人口密集的地方，用来运载乘客。亦有在游乐场内建筑的单轨铁路，专门运载游人。单轨铁路按照走行模式和结构，主要分成两类——悬挂式单轨铁路和跨坐式单轨铁路。悬挂式单轨铁路（也称空中轨道列车）的列车悬挂在轨道之下。另一种较为常见的是跨座式单轨铁路，列车跨座在路轨之上，两旁盖过路轨。

1893年德国人Eugen Langen发明了悬挂式单轨交通，并于1898一1901年在著名悬车之城—德国鲁尔区伍珀塔尔修建了13.3km的悬挂式单轨铁路。这是世界上最早、历史最悠久的悬挂式单轨交通。1951年法国电影导演拍摄小说华氏451度，将此单轨拍入，并且是男主角主要通勤工具。

1960年，法国的雷诺、米西兰、里昂水电公司等十几家公司联合设计出悬挂式单轨列车，并以公司第一字母命名为SAFEGE-萨非基悬挂式单轨列车。

2017年7月20日，中国国内最高速的悬挂式单轨列车在中车四方股份公司下线，进入型式试验和试运行阶段。据了解，该款列车具有超强爬坡能力，是普通地铁车辆爬坡能力的三倍以上。中车四方设计制造的悬挂式单轨列车，具有完全自主的知识产权，可实现3-5列的灵活编组，载客量可达到300-510余人。列车设计时速80公里，最高运行时速为70公里，运行速度媲美地铁，是国内速度等级最高的空轨列车。

2023年9月26日上午10时，光谷空轨旅游线开通运营，正式对外开放迎客，成为国内首条开通运营的空轨线路。

高峰小时单向断面客流量在0.5－2万人次以下的交通线上。

连接大城市中心城和卫星城之间的主要交通线。

作为城区通往机场、码头、铁路干线等对外交通枢纽中心的客运交通线。

大城市中心区与郊外大住宅区之间的交通连接线，或是大型购物、娱乐场所，大型机场，大学内部的客运交通线。

作为城市风景观光游览线的交通线。

博览会、游乐场等处所作为短途交通运输线或观光旅游线

悬挂式单轨列车所占空间很小。不单是所占的地面面积小，垂直空间亦较小。悬挂式单轨铁路以高架兴建，地面上只需很小的空间建造承托轨道的桥墩，并且列车下方的空间很大，没有其他高架铁路的庞大的桥身，可以自由通车，因此可以建在城市CBD等交通拥堵严重的地方以缓解城市交通压力。悬挂式单轨铁路能有效利用道路中央隔离带和城市低空，适于建筑物密度大的狭窄街区。

但是由于悬挂式单轨铁路除了进出车站以外大部分时间都是悬空的，因此如果出现紧急情况，单轨铁路上的乘客没有逃生的地方。车的两旁没有可站立的路轨，而且离地面很高。因此悬挂式单轨铁路必须设有单独的应急机制。

中国城市的现有的交通系统存在诸多问题，比如突出的有三个方面：高峰时段堵塞和拥挤严重，交通结构单一，对环境的影响较大。要根本解决交通问题，就必须调整现有的交通结构，发展各种轨道交通。作为中等运量的轨道交通，单轨铁路是符合中国城市需求的交通形式。

单轨铁路通常为高架，高架单轨具有成本低、工期短的优点。而相对于高架的钢轨地铁而言，高架单轨占地少、污染小、能有效利用道路中央隔离带，适于建筑物密度大的狭窄街区的优点。此外，单轨列车和轨道容易检查和维修养护。因而单轨不失为大城市客流中等的交通线路和中等城市主要交通线路的较好选择。特别是在地形条件复杂，利用其他交通工具比较困难的情况下，能体现其优越性。可以认为，建设和发展单轨铁路是改善国城市交通状况的一个有效途径。

悬挂式单轨铁路的变轨比较麻烦，其换轨机制决定该列车在换轨时必须有一段距离不与轨道接触，有出轨的风险，因此每开一条线路必须重建一条轨道，成本较高。

德国西部城市伍珀塔尔的悬挂列车（1901年建成）是最早，仍然持续营运的悬挂式单轨铁路。每日载客量逾70,000人次。

伍珀塔尔的悬挂式铁路是世界上历史最悠久的单轨铁路系统，在德语中被称为“Schwebebahn”，即“漂浮火车”。伍珀塔尔的悬挂式铁路建于1900年，虽历经两次世界大战、各种各样的事故和其他动荡事件，但自1901年以来，这个奇特的交通工具一百多年来几乎从未停止过运营。

伍珀塔尔的悬挂式单轨电车是世界上第一辆采用这种独特设计的单轨电车，铁路系统总长13.3公里，途中经过20个站点。其中，10公里以距地面12米的高度驶过乌帕河，剩余3.3公里的路程则是以距地面8米的高度穿越乌珀塔尔市区狭窄的街道。悬挂式单轨铁路最高速度为每小时60公里，大约30分钟跑完全程。每天运送乘客7.5万，最多输送8.2万名乘客，年载客量则达到2500万。

投入运营后，悬挂式单轨电车线路成为伍珀塔尔最引人注目的地标。19世纪末，伍珀塔尔的工业化达到顶峰，人口增至40万并且继续呈增长趋势。即使在工业化之前，伍珀塔尔也是一座非常繁华的城市，面积超过科隆。人口和车辆的增长对公路造成更大压力，必须建造新的公共交通系统加以缓解。不过，伍珀塔尔没有空间为有轨电车铺设轨道。此外，由于地下岩石众多加之存在大量地下水，建造地铁也成为一种不可能。无奈之下，打造空中线路成为德国工程师的唯一选择。

伍珀塔尔的悬挂式单轨铁路在其一百多年的历史上几乎从未中断过服务。一战期间，由于绝大部分男人参军入伍，使得这条铁路的运营完全由女人负责，载客量骤降。战后，一个站点还设在法国境内，乘客旅行途中必须经过出入境检查站，这大大延长了旅行时间。二战期间，乌珀塔尔遭遇狂轰乱炸，许多车站和轨道遭到破坏，悬挂式单轨铁路只能分段运营，在1945年遭受进一步破坏后，这条运输系统被迫全线停止运营。

战后，悬挂式单轨铁路的重建工作全速进行，并最终在1946年重新全线通车。1997年以来，这条线路的支撑结构基本上实现了现代化，很多车站进行重建并采用最新最先进的技术。在比较特殊的日子，威廉二世当初乘坐的“皇帝”号电车也会投入运营。

多特蒙德大学1984年修建的无人驾驶高空悬挂单轨列车，作为学生连接南校、北校的交通工具。多特蒙德是德国西部北莱茵-威斯特法伦州的重要经济贸易中心，位于鲁尔区东部。共有两条线，1号线（蓝线）始建于1993年，2003年扩建，单线，两列车往返运行，中间设避让线。发车间隔10分钟。2号线（红线）1980年开始筹划建设，1984年建成，发车间隔5分钟。2007年建成维修车间，采用无人驾驶。

杜塞尔多夫为德国北莱茵-威斯特法伦州首府，人口60万，是德国西部重要的经济、金融中心，水、陆、空交通枢纽，其中杜塞尔多夫机场为德国第三大机场。本线为连接火车站至机场的一条线路，1993年投入运营，每天运营21小时。机场三个航站楼间设两个车站，另一个在城际火车站，可以为乘客提供方便。

日本至少有六个城市有单轨铁路。其中东京的单轨铁路年载客量超过一亿人次。

千叶单轨电车共有两条线路，1号线自千叶港站至县庁前站；2号线自千叶站至千城台站。1988年3月28日，2号线体育中心站－千城台站区间率先开业。1999年3月24日，包含1号线在内的全线通车。总营业长度距离15.2km，是世界最长的悬挂式单轨电车，并在2001年获得吉尼斯世界纪录大全认证。另外，若包含跨座式的话，则日本的大阪单轨电车是世界最长的单轨电车。重庆轨道交通已打破大阪高速交通单轨电车的运营里程记录。

2006年4月28日，千叶单轨电车获国土交通省认证，允许在产业活力再生特别措置法基础上进行事业再构筑计划，以实现减少累积损失和单年度盈利。同年5月，实施99%减资，同时千叶县和千叶市所持有的204亿日元贷款以现物出资的形式进行第三者割当增资，实施新股发行。

此外作为合理化对策的一部份，单轨电车的司机由车辆基地的车辆检查要员兼任，以降低人力费用。一人兼任司机和车辆检查员的铁道公司极其罕见。

开业到2009年2月之前，千叶单轨电车发行有自动售票机専用的预付卡“モノレールカード”（Monorail Card），这是首都圈除JR以外公私铁道公司中最晚使用磁卡式预付卡的交通卡。发行当时并未对应パスネット，因众多乘客希望其能对应，千叶单轨电车加入了パスネット协议会（不过未加入パスネット本身）。千叶单轨电车在次世代IC交通卡的协议机关PASMO协议会设立当初就有参加，2009年3月14日开始使用PASMO。

以千叶单轨电车沿线为舞台，于1990年上映的电影《浅水金鱼》（バタアシ金鱼）为先，近年千叶单轨电车积极吸引电视剧及广告在其沿线摄影，如《警部补 矢部谦三》（朝日电视台系列）及《TAXMEN》（MXTV等）、《逃亡律师》（逃亡弁护士，富士电视台系列）。千叶单轨电车不仅提供车厢和车站供电视摄影，本社社屋及车辆基地也积极外借摄影。2010年制作的电视动画《我的妹妹不可能这么可爱》（俺の妹がこんなに可爱いわけがない）中也有多处千叶站附近及千叶公园的单轨电车画面。2011年5月，发售了画有片中人物的纪念车票。

为解决城市核心商务区的交通瓶颈问题，上海长宁区已开始进行悬挂式空中列车系统的研究论证，并有望于“十二五”期间在大虹桥地区试点“空中列车”。

同济大学交通运输学院教授李晔表示，“空中列车”是解决城市区域内部、交通节点和枢纽、功能场馆等微循环系统交通问题的好手。靠电力驱动的悬挂式空中列车系统具有安全可靠、节约用地、建设周期短、噪音小、无废气排放等优势。中等运量的“空中列车”可以承载高峰时段每小时1万至1.5万人的客运量。而且其造价仅仅是轨道交通的五分之一左右。

长宁区区长李耀新透露，紧临虹桥商务区的虹桥机场东片区，交通建设和公共交通服务与其对虹桥商务区的支撑定位不相匹配，其所处的长宁区临空园区公共交通的服务覆盖率较低。发展中等运量的交通线路对于长宁区意义重大，而悬挂式空中列车便是中等运量交通线路中一项很好的选择。

上海将在市中心建设悬挂式空中列车，串联起几大核心商圈，设计方案正在论证中。空中列车的设计理念与模型，将在首届中国工业设计创新展上亮相。

武汉光谷空轨旅游线，又名光谷中央生态大走廊空轨旅游线、光谷空轨旅游专线，是中国湖北省武汉市武汉东湖新技术开发区（光谷）运营的悬挂式单轨（空轨）线路，为中国首条悬挂式单轨线路，于2023年9月26日开通，标志色是浅蓝色。

武汉光谷空轨旅游线北起九峰山站，途经九峰国家森林公园、豹子溪公园、龙泉山城市阳台、明楚王墓考古遗址公园等地，止于龙泉山站。

武汉光谷空轨旅游线一期工程长约10.5千米，设车站6座，列车采用2节编组悬挂式单轨列车，设计速度为70千米/小时。