Atami é um importante entroncamento ferroviário no corredor Tokaido do Japão, situado entre a área de Tóquio e o centro do Japão. A cidade tem uma principal estação ferroviária de longa distância, a Estação de Atami, além de paragens ferroviárias locais como Kinomiya. A JR Central serve Atami na Tokaido Shinkansen, enquanto a JR East opera linhas convencionais que ligam a cidade a Kanagawa, Shizuoka e à Península de Izu.
Os comboios de Atami incluem serviços de alta velocidade da Tokaido Shinkansen, serviços expresso limitado da JR East como Odoriko e Saphir Odoriko, e comboios locais regulares na Linha Tokaido e na Linha Ito. A Estação de Atami é a principal estação de comboio para bilhetes que envolvem Tóquio, Yokohama, Mishima, Nagoya, Ito e Izukyu-Shimoda, com transbordos entre serviços Shinkansen e convencionais tratados no mesmo complexo de estação.
As rotas ferroviárias a partir de Atami seguem para leste em direção a Tóquio, Shinagawa e Yokohama, para oeste em direção a Mishima, Shizuoka, Nagoya e Kyoto, e para sul em direção a Ito e à Península de Izu. Os comboios para Atami também fazem da cidade um ponto de transbordo para viajantes que se deslocam entre a Tokaido Shinkansen e os serviços regionais de Izu. Reserve online comboios de e para Atami na Rail Monsters.