相互直通運転とは，都心や副都心への旅客輸送需要に応えるため，複数の鉄道会社間で相互に相手の路線に電車を直通運転することである。これにより，都心や副都心への足の確保，乗り換えの不便解消，ターミナル駅の混雑緩和が図られる。ダイヤ上でも端末駅の容量を実質的に増加させ、増発につなげることができる。現在，都市民鉄の多くが相互乗り入れを実施しており，より効率的で迅速な輸送が実現している。
首都圏では昭和35年に，都営地下鉄1号線(都営浅草線)と京成電鉄が，同37年には営団地下鉄（現・東京メトロ）日比谷線と東武伊勢崎線が相互直通運転を行い，その後，各社にこの方式が拡大した。相互乗り入れの増加で，乗り縦ぎ運賃制度や共通運賃制度の導入など，ソフト面も改善されている。
相互直通運転における、車両や線路の使用料は営業キロによる相殺が基本。このため、路線によっては直通先から自社線内に戻らずに折り返す「アルバイト運用」が存在する。
たとえば早朝など、都営浅草線泉岳寺〜西馬込間を京急の車両が折り返し運転している、というような不思議な光景が見られたりする。また、東急田園都市線・東京メトロ半蔵門線・東武伊勢崎線の3路線間では東武車が他の2社より直通車の数が少ないため、東武車が朝ラッシュ時に直通先に行って夜まで東武線内に戻ってこない運用が多々存在する。
以上、都心部の事情について記述してあるが、ほくほく線などでも行われている。
相互直通運転のデメリットとして1線区が遅れるとまともに他の路線まで遅れることがあるところ。
| 事業者・路線 | 相互直通運転区間 | 備考 |
|---|---|---|
| JR東日本湘南新宿ライン・宇都宮線 〜東武日光線・鬼怒川線 | 新宿(JR) 〜東武日光・鬼怒川温泉 | 特急「日光」「きぬがわ」 |
| 東京臨海高速鉄道りんかい線 〜JR東日本埼京線・川越線 | 新木場(りんかい線) 〜川越(JR) | 主に快速 |
| 東武スカイツリーライン 〜東京メトロ日比谷線 | 南栗橋 〜中目黒 | 全列車普通列車 |
| 東京メトロ東西線 〜東葉高速鉄道 | 中野 〜東葉勝田台 | - |
| JR東日本中央緩行線 〜東京メトロ東西線 〜JR東日本総武緩行線 | 三鷹 〜津田沼 | JR線内各駅停車。総武線直通は平日朝夕のみ |
| JR東日本常磐緩行線 〜東京メトロ千代田線 | 取手(JR) 〜代々木上原 | 全列車各駅停車 取手までの直通は朝夕のみ |
| 東京メトロ千代田線 〜小田急小田原線・多摩線 | 綾瀬 〜唐木田・本厚木 | 主に多摩急行 |
| 東武東上線 〜東京メトロ有楽町線・副都心線 〜東急東横線〜みなとみらい線 | 森林公園 〜新木場(メトロ)・元町・中華街 | 東武線内普通列車 |
| 西武池袋線 〜東京メトロ有楽町線・副都心線 〜東急東横線〜みなとみらい線 | 飯能 〜新木場(メトロ)・元町・中華街 | - |
| 東武スカイツリーライン 〜東京メトロ半蔵門線 〜東急田園都市線 | 久喜(東武)・南栗橋 〜中央林間(東急) | 東武線内準急or急行 |
| 埼玉高速鉄道 〜東京メトロ南北線 〜東急目黒線 | 浦和美園 〜日吉(東急) | - |
| 都営三田線 〜東急目黒線 | 西高島平 〜日吉(東急) | - |
| 都営浅草線〜 京成押上線・京成本線 | 西馬込〜 成田空港・芝山千代田 | 日中は主に快速 |
| 成田スカイアクセス〜北総鉄道 〜京成押上線 〜都営浅草線 〜京急本線・空港線 | 成田空港 〜西馬込・羽田空港 | 成田空港直通は京成線・北総線内アクセス特急 |
| 都営新宿線 〜京王京王線・相模原線・高尾線 | 本八幡(東京都) 〜橋本・高尾山口(京王) | - |
| 事業者・路線 | 相互直通運転区間 | 備考 |
|---|---|---|
| JR西日本山陰本線 〜北近畿タンゴ鉄道宮福線 | 京都(JR) 〜天橋立 | 特急「はしだて」 |
| 近鉄奈良線 〜阪神なんば線・阪神本線 | 近鉄奈良 〜三宮(阪神) | 三宮直通は全列車快速急行 |
| 阪神本線 〜山陽電鉄本線 | 梅田(阪神) 〜山陽姫路 | 直通特急 |
| 大阪市営地下鉄御堂筋線 〜北大阪急行 | 中百舌鳥(大阪市) 〜千里中央(北急) | - |
| 大阪市営地下鉄中央線 〜近鉄けいはんな線 | コスモスクエア 〜学研奈良登美ヶ丘 | - |
| 大阪市営地下鉄堺筋線 〜阪急京都線・千里線 | 天下茶屋(大阪市) 〜北千里・高槻市 | 北千里発着は全列車普通列車 |
| 京都市営地下鉄烏丸線 〜近鉄京都線 | 国際会館 〜近鉄奈良 | 近鉄奈良発着は近鉄線内急行 |
| 神戸市営地下鉄西神・山手線 〜北神急行 | 西神中央 〜谷上 | - |
| 南海高野線 〜泉北高速鉄道 | 難波(南海) 〜和泉中央 | 主に準急 |
| 事業者・路線 | 相互直通運転区間 | 備考 |
|---|---|---|
| JR東北本線 〜仙台空港鉄道 | 仙台(JR) 〜仙台空港 | - |
| JR西日本北陸本線 〜北越急行 | 金沢 〜六日町 | 特急「はくたか」 |
| 福岡市営地下鉄空港線 〜JR九州筑肥東線 | 福岡空港 〜筑前深江 | - |
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