直通運転（ちょくつううんてん）とは、鉄道において目的地まで途中駅での乗り換えが不要な列車を運転すること。一般的には、異なる鉄道事業者の路線にまたがって同一の旅客列車を運転することを指すが、同じ事業者の異なる路線に乗り入れる場合や、同一路線内を通して運転することを指す場合もある。

海外においては、列車を運行する会社が他社の鉄道路線を走行する契約を線路使用権（せんろしようけん）という。英語ではTrackage rightsまたはRunning rightsと表現する。