Un freno de vacío sirvió como el sistema de frenado estándar universal en los trenes ferroviarios hasta que fue reemplazado por los sistemas de aire comprimido más eficientes y seguros que se usan en la actualidad. El sistema de freno de vacío funciona al inducir un vacío en una serie de mangueras que corren por todo el tren. Estas mangueras están conectadas a unidades de pistón en cada carro que, cuando son activadas por el vacío, cierran las pinzas de freno en las ruedas del carro. En los trenes de vapor más antiguos, el vacío era suministrado por eyectores en la locomotora, mientras que los sistemas más nuevos utilizaban bombas de vacío accionadas eléctricamente. Aunque los sistemas de aire comprimido son ahora la norma en la mayoría de los trenes nuevos, todavía hay operadores ferroviarios que utilizan material rodante con frenos combinados de aire comprimido / vacío.
Aunque generalmente son efectivos, los sistemas de frenos de vacío simples tienen un defecto grave, a veces fatal, es decir, cualquier ruptura en las mangueras hace que todo el sistema no funcione. Este maldito «talón de Aquiles» provocó varios accidentes graves relacionados con trenes fuera de control y la eventual instalación del sistema de freno de vacío automático más seguro. Los sistemas de vacío automáticos bloquearon todos los frenos de un tren si hubo alguna interrupción en el suministro de vacío. Aunque más seguros, los sistemas aún se demoraron en iniciarse, especialmente en el caso de los trenes largos. Estos problemas de rendimiento condujeron lentamente a la instalación generalizada de sistemas de frenado de aire comprimido que son más rápidos de accionar y liberar y, en general, más seguros.
El sistema de freno de vacío tiene, en su corazón, una línea o tubería de vacío central que recorre todo el tren. La línea es típicamente una tubería de acero en los carros unida con mangueras flexibles entre los carros individuales. El último carro tiene un accesorio en blanco insertado al final de su línea de vacío para cerrar el circuito. En las locomotoras de vapor, un eyector suministra el vacío para los frenos y está regulado por una serie de palancas en la cabina del conductor. Estos expulsores son simples dispositivos venturi operados por vapor que generan suficiente presión negativa para accionar el sistema de frenos de vacío.
Cuando se requiere fuerza de frenado, el conductor del tren activa el eyector que extrae el aire de la línea central, creando así un vacío en el sistema. Se monta un conjunto de pistón de frenado en la parte inferior de cada carro y se conecta a la línea de vacío central. Cuando se mueve por la presión negativa en el sistema, este pistón activa una serie de enlaces que empuja las zapatas contra las ruedas del carro. Cuando se liberan los frenos, el vacío se reduce y el aire fluye de regreso al cilindro del pistón moviéndolo hacia atrás y volviendo a abrir la pinza de freno para liberar las ruedas.