按重載列車的作業(yè)組織方法區(qū)分，鐵路重載運(yùn)輸有以下三種模式： 
　　單元式重載列車——是把大功率機(jī)車雙機(jī)或多機(jī)與一定編成輛數(shù)的同類專用貨車固定組成一個(gè)運(yùn)輸“單元”，并以此作為運(yùn)營計(jì)費(fèi)的單位。機(jī)車操縱采用無線遙控同步運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，運(yùn)送的貨物品種單一，在裝、卸站間往返循環(huán)運(yùn)行，中途列車不拆散，不進(jìn)行改編作業(yè)，機(jī)車車輛固定編掛位置，車底固定回空，兩端車站裝卸設(shè)備配套，是裝、運(yùn)、卸“一條龍”的運(yùn)輸組織形式。 
　　在路網(wǎng)規(guī)模大、行車密度小、貨運(yùn)比重大、運(yùn)能較富裕的美國、加拿大、澳大利亞等國，組織開行從裝車地到卸車地之間的重載單元列車，通過貨物集中發(fā)送、快速裝卸、加速機(jī)車車輛周轉(zhuǎn)來降低成本，從而獲得較大的效益，提高了與其他運(yùn)輸方式的競爭能力。美國的重載單元列車，牽引總重在10000噸以上，是名副其實(shí)的萬噸列車，并曾創(chuàng)造總重達(dá)44066噸的世界最高紀(jì)錄。 
　　組合式重載列車——是由兩列及其以上同方向運(yùn)行的普通貨物列車首尾相接、合并組成的列車。機(jī)車分別掛于各自的貨物列車首部，由最前方貨物列車的機(jī)車擔(dān)任本務(wù)機(jī)車，運(yùn)行至前方某一技術(shù)站或終到站后，分解為普通貨物列車。它實(shí)質(zhì)上是在線路通過能力緊張的區(qū)段，利用一條運(yùn)行線行駛兩列及以上的普通貨物列車的一種擴(kuò)大運(yùn)輸能力的方式。 
　　前蘇聯(lián)鐵路是客貨混用，列車數(shù)量多、行車密度大，運(yùn)能與運(yùn)量的矛盾比較突出，為擴(kuò)大運(yùn)輸能力、挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力，即組織開行超重、超長列車或組合式列車，并成功地試驗(yàn)開行了總重43047噸的重載列車。 
　　整列式重載列車——是由大功率單機(jī)或多機(jī)重聯(lián)牽引，列車由不同型式和載重的貨物車輛混合編組，達(dá)到規(guī)定重載標(biāo)準(zhǔn)（牽引重量達(dá)到5000噸及其以上）的列車。目前，中國繁忙干線上開行的重載列車主要為這種模式。