機関車牽引列車で、動力を発生できる機関車を複数連結すること。一般には機関車を1両増やし、2両とする。牽引力を強化でき、重量の大きな列車でも走れるようになる。動力を発生できない機関車(無動力回送などの場合)を連結した列車は重連とは言わず、この機関車は貨車と同じ扱いとなる。
複数の機関車のうち1両(1両のみで牽引する区間もある場合は、その区間を牽引するもの)を「本務機」、その補助として追加で連結されるもの(単機で牽引する区間もある場合は、その区間では連結されないもの)を「補機」と呼ぶ。連結の容易さの点から、補機は一般に編成の一番前または一番後ろに連結される。従って、先頭から機関車が2両続く編成の場合、普通は先頭が補機であり、2両目が本務機である。本務機、補機という呼称にかかわらず、力行や制動の取扱は前を見られる1両目の機関士が主導するのはもちろんである。
重連運用を前提として製造された機関車*1では、先頭機関車からの総括制御(1台の主幹制御器で複数の動力車を制御すること)が可能である。総括制御ができない場合は、後部機関車にも機関士が乗務する。この場合、先頭の機関士はホイッスルや無線器を用いて後部の機関士へ合図を送り、力行や惰行の取扱を行う。
制動機においては、後部機関車では必ず重連コックを閉じ、後部機関車からの又込め*2を防止する。
なお、重連を組んだ機関車が、何も牽引せずに走ることを「重連単機」と呼ぶ。この場合、機関車はすべて動力車となる。
ちなみに、単機とは単行機関車列車の略で、機関車だけで列車を組成し、何も牽引せずに走ることである。