Toulouse es el principal nudo ferroviario del suroeste de Francia, situado donde las rutas nacionales desde París y Burdeos se cruzan con corredores regionales por toda Occitania. La ciudad gira en torno a Toulouse Matabiau, con estaciones locales adicionales como Toulouse Saint-Agne y Toulouse Montaudran que prestan servicio a trenes regionales. SNCF Voyageurs opera los principales servicios de la ciudad.
Los trenes desde Toulouse incluyen servicios TGV INOUI en el corredor París y Burdeos, servicios Intercites en rutas clásicas de larga distancia, trenes regionales TER Occitanie y servicios nocturnos Intercites de nuit en fechas seleccionadas. Toulouse Matabiau es la estación principal para los servicios de larga distancia y regionales, mientras que las estaciones más pequeñas de la ciudad facilitan los desplazamientos ferroviarios locales dentro del área metropolitana y hacia localidades cercanas.
Las rutas ferroviarias desde Toulouse van al norte hacia Montauban, Limoges y París, al oeste hacia Agen y Burdeos, al sureste hacia Carcasona, Narbona, Montpellier y Marsella, y al sur hacia Foix, Tarbes, Pau y las estribaciones pirenaicas. Reserva trenes desde y hacia Toulouse en línea en Rail Monsters.