早期的電氣化鐵路採用電壓相對低的直流供電。機車或動車組的電動機直接連線在電網主線上，透過並聯或串聯在電動機上的電阻和繼電器來進行控制。通常有軌電車和地鐵的電壓是600伏和750伏，鐵路使用1500伏和3000伏。過去車輛使用旋轉變流器來將交流電轉換為直流電。一般使用半導體整流器完成這個工作。採用直流供電的系統比較簡單，但是它需要較粗的導線，車站之間距離也較短，並且直流線路有顯著的電阻損失。荷蘭、日本、澳洲、印尼、馬來西亞的一些地區、法國的少數地區使用1500V的直流電，其中，荷蘭實際使用的電壓大 約有1600V到1700V。比利時、義大利、波蘭、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前蘇聯使用3000V直流電。一些歐洲國家使用低頻交流電來給電力機車供電。德國、奧地利、瑞士、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫茲(電網頻率50Hz的三分之一)的交流電。美國使用11千伏或12.5千伏25赫茲的交流電。機車的電機透過可調變壓器來控制。匈牙利曾經在二十世紀三十年代在電氣化鐵路上使用50赫茲的交流電。然而直到五十年代以後才被廣泛使用。