Systemy kolejowe w wielu częściach świata wykorzystują system GPS w połączeniu z różnymi czujnikami, komputerami i systemami komunikacji w celu poprawy bezpieczeństwa, ochrony i efektywności. Technologie te przyczyniają się do zmniejszenia liczby wypadków, opóźnień, kosztów utrzymania i zmniejszenia emisji szkodliwych substancji, zwiększając przepustowość, zadowolenie klienta i opłacalność. Najważniejszą rzeczą wymaganą do skutecznego funkcjonowania systemów kolei jest dokładna informacja w czasie rzeczywistym o pozycji lokomotyw i składów.

Zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa, poprawa efektywności oraz rozszerzenie możliwości systemu to główne cele dzisiejszej branży kolejowej. W porównaniu do  większości innych rodzajów transportu, zarządzanie ruchem kolejowym jest mniej elastyczne.  Większość systemów kolei składa się z długich odcinków gdzie jest położona tylko jedna para torów. Pociągi przemierzające tysiące kilometrów i zatrzymujące się w wielu miejscach muszą wspólnie korzystać z tej linii.

Precyzyjna wiedza w jakim miejscu znajduje się pociąg jest niezbędna, aby zapobiec kolizji, utrzymać płynność ruchu i zminimalizować koszty wynikające z  opóźnień spowodowanych oczekiwaniem na możliwość korzystania z torów. Tylko umiejętności załogi, dokładny czas, dynamiczne możliwości przepływu danych oraz precyzyjne informacje o miejscach w których pociągi się spotykają i mijają pozwalają na bezpieczną podróż pociągami po całym świecie. Dlatego też kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i efektywności kolei ma znajomość pozycji tych składów zarówno w odniesieniu indywidualnym jak i całego systemu.

System GPS przyczynia się również do precyzyjnego planowania tras i terminów co znacznie podniosło możliwości współpracy kolei z innymi środkami transportu jak transport lotniczy. Powstały stacje kolejowe w portach lotniczych, dzięki czemu pociągi mogą służyć do przewozu pasażerów lub towarów.

Rozszerzenie podstawowego sygnału GPS o system różnicowy GPS (DGPS) poprawia dokładność i bezpieczeństwo w jego obszarze działania. Rozszerzona i wzmocniona informacja o pozycji umożliwia określenie na której z dwóch równoległych linii kolejowych znajduje się pociąg. W  połączeniu z innymi urządzeniami nawigacyjnymi uwzględniającymi czas w tunelach, za  wzgórzami i innymi przeszkodami, system DGPS stanowi wiarygodne i precyzyjne źródło informacji o lokalizacji pociągów w znacznym stopniu wspomagając  zarządzanie ruchem kolejowym. Różnicowy system GPS jest istotnym elementem systemu PTC (Positive Train Control), który ma zostać przyjęty w wielu częściach świata.

PTC przekształci system sygnalizacji, polegający niemal całkowicie na załogach pociągów, w model cyfrowy, kompensujący błąd popełniony przez człowieka poprzez automatyczne nałożenie ograniczeń prędkości oraz egzekucję prawa pociągu do zajmowania odcinka torów zwanego odcinkiem blokowym. Z wyjątkiem przypadków jazdy na kilku krótkich odcinkach torów w USA, dziś większość pociągów nie zatrzyma się ani nie zwolni, jeśli człowiek nie wyda im takiego polecenia.
Obecne systemy sygnałowe polegają głównie na analogowych obwodach torowych w szynach, sygnałach i nieruchomych odcinkach blokowych, podczas gdy PTC przechodzi na dynamiczne bloki elektroniczne, które mają utrzymywać pociągi jadące w tym samym lub przeciwnym kierunku w bezpiecznej odległości od siebie. Bloki strukturalne PTC tworzy cyfrowa łączność radiowa, komputery, Systemy Informacji Geograficznej, GPS, a w niektórych przypadkach – także Wi-Fi.Z2

Różnicowy system GPS może również pomoc w geodezji i kartografii podczas planowania przyszłościowych rozwiązań systemów kolejowych jak i utrzymania obecnej infrastruktury. Za pomocą DGPS, można dokładnie zlokalizować tunele, maszty sygnałowe, zwrotnice kolejowe, mosty, przejazdy drogowe, sprzęt sygnalizacyjny itp. GPS może zapewniać wysoki poziom dokładności potrzebny do funkcjonowania w obszarach terminali kolejowych stoczni, gdzie kilkadziesiąt torów może biec równolegle do siebie.