南から北にかけて常磐線が県内を縦断し、山手線のターミナル駅上野と取手・土浦・水戸・日立・高萩方面を結んでいる。また、本県で最初に開業した鉄道である東北本線および東北新幹線が古河を経由するほか、同線より小山で分岐する水戸線が西から東へ県内を横断し、結城・筑西を経て笠間市友部を結んでいる。 その他、2005年に開業したつくばエクスプレスが秋葉原と守谷・つくば（筑波研究学園都市）を結んでいる。

• 東日本旅客鉄道（JR東日本）
  • 常磐線 - 県内走行区間が最も長く、県内にある駅数が最も多い。
  • 水郡線
  • 水戸線
  • 鹿島線 - 東京駅との直通列車の本数は少ない。
  • 東北本線（宇都宮線）- 茨城県内にある駅は古河駅のみ。
  • 東北新幹線 - 駅はないが、水戸線沿線の県民が東京方面へ向かう際に小山から利用することがある<ref>日本国内の鉄道路線において、路線が通過する県に1つも駅がないのは本県における東北新幹線が唯一である。中川浩一は1981年の「茨城県鉄道発達史」において、新幹線が茨城県にただ騒音のみをもたらすことを危惧していたが、30年近く経つ現在もその状況は変わっていない</ref>。僅か10kmの区間とはいえ、本県の協力なくして新幹線の建設は実現しなかったという観点から、新駅設置運動が続けられている<ref>http://kss-city.hp.infoseek.co.jp/yn/yn_weekly1.htm</ref>(http://kss-city.hp.infoseek.co.jp/yn/yn_weekly1.htm</ref>);。
• 鹿島臨海鉄道
  • 大洗鹿島線 - JR鹿島線一部区間に直通
  • 鹿島臨港線 - 貨物線
• 関東鉄道
  • 常総線
  • 竜ヶ崎線
• 首都圏新都市鉄道
  • つくばエクスプレス（TX）
• ひたちなか海浜鉄道
  • 湊線（那珂湊線）
• 真岡鐵道
  • 真岡線
• 筑波観光鉄道
  • 筑波山鋼索鉄道線（筑波山ケーブルカー）
  • 筑波山ロープウェイ

上記の県内各線の駅のほか、鉄道網の発達した千葉県・埼玉県と大河を隔てて接する本県の特徴として、県境に近い県内市町村住民が、五霞町を除き利根川を渡って隣県にある近くの駅を最寄駅として利用する例が多数みられる。後述するようにバス路線の衰退が叫ばれて久しい本県であるが、隣県の駅との間を結ぶフィーダー路線では、朝日自動車や茨城急行のようにPASMOやバス共通カードを採用し、比較的高頻度の運行を続けている例もある。

• 東武鉄道
  • 日光線
    • 幸手駅（埼玉県幸手市） - 五霞町
    • 南栗橋駅（埼玉県栗橋町） - 五霞町
  • 伊勢崎線
    • 春日部駅（埼玉県春日部市） - 境町・坂東市
    • 東武動物公園駅（埼玉県宮代町） - 境町・坂東市
  • 野田線
    • 川間駅（千葉県野田市） - 境町・坂東市
    • 愛宕駅（千葉県野田市） - 坂東市

• 東日本旅客鉄道
  • 常磐線
    • 北柏駅(千葉県柏市) - 守谷市・取手市
    • 天王台駅(千葉県我孫子市) - 取手市
  • 成田線
    • 布佐駅（千葉県我孫子市） - 利根町
    • 滑河駅（千葉県成田市） - 河内町
    • 下総神崎駅（千葉県香取郡神崎町） - 稲敷市
  • 総武本線
    • 銚子駅（千葉県銚子市） - 神栖市波崎地区
  • 宇都宮線
    • 栗橋駅（埼玉県栗橋町） - 古河市