El cañón de riel, o más simplemente, el cañón de riel, utiliza un campo magnético alimentado por electricidad para acelerar un proyectil. Aunque las ideas básicas que subyacen a la construcción de un cañón de riel son simples, el disparo de un proyectil de cañón de riel típico resulta en una tremenda fuerza repulsiva. El resultado es que
el cañón de riel debe recibir mantenimiento después de casi cada disparo, lo que lo hace menos práctico que los proyectiles convencionales. También requieren una fuente de alimentación muy grande, capaz de proporcionar aproximadamente un millón de amperios de corriente, lo que dificulta la creación de cañones de riel portátiles.
Una pistola de riel consta de dos rieles de metal paralelos firmemente anclados, conectados a una fuente de alimentación eléctrica. Un proyectil capaz de conducir electricidad se coloca entre los rieles, completando el circuito. Al estar cargados eléctricamente, los rieles de metal se comportan como electroimanes, creando un campo magnético que circula alrededor de cada riel. Un campo se mueve en el sentido de las agujas del reloj alrededor de su riel, el otro en el sentido de las agujas del reloj, creando un campo magnético en el medio que crea una fuerza neta paralela a los rieles, lejos de la fuente de alimentación. El proyectil se comporta como cualquier cable cargado en un campo eléctrico, experimentando una fuerza perpendicular a la dirección de la corriente y la dirección del campo magnético. Esto se llama fuerza de Lorentz.
Cuando la corriente eléctrica es muy fuerte, el proyectil, sometido a fuerzas poderosas, acelera hasta el extremo del cañón de riel opuesto a la fuente de alimentación y sale por una abertura. El circuito, así roto, finaliza el flujo de corriente eléctrica. El proyectil debe hacer contacto físico con los rieles durante la aceleración. Si el proyectil se mueve lo suficientemente rápido, la fricción por sí sola puede dañar seriamente o incluso vaporizar los rieles, en ausencia de materiales lo suficientemente fuertes. Además, si los rieles no están fijados de forma segura a una superficie estable, pueden ser propulsados por poderosas energías dentro del cañón de riel.
El ejército de los Estados Unidos ha invertido muchos millones de dólares en la investigación de cañones ferroviarios, y se han desarrollado muchos prototipos exitosos, que poseen velocidades de salida muy altas, del orden de 3.5 km / seg (2.17 mps), aproximadamente 3 veces más rápido que rifles modernos. Sin embargo, estos diseños requieren grandes fuentes de alimentación y el mantenimiento sigue siendo un problema. La Marina de los Estados Unidos ha expresado interés en las armas de riel debido a su munición no explosiva, pero no han entrado en uso común. Una solución propuesta al problema del desgaste de las armas de riel es la idea de usar proyectiles muy pequeños acelerados a velocidades muy altas, un diseño que a veces se denomina pistola de agujas.
Los cañones ferroviarios también se han discutido en el contexto de aplicaciones pacíficas como los viajes espaciales. Se podría usar un cañón de riel muy largo, o un impulsor de masas, para acelerar las cargas útiles para escapar de la velocidad por costos mucho más baratos que los de los cohetes químicos. Un inconveniente es la alta inversión inicial que se requiere para construir un controlador de masas de este tipo. Para crear un conductor de masa que acelera un proyectil para escapar a una velocidad aceptable para los pasajeros humanos (~ 2 g), se requeriría un barril de ~ 50 km (30 millas) de longitud. Otra aplicación potencial de los cañones ferroviarios puede estar en el campo de la fusión nuclear, donde se requieren inmensas presiones y temperaturas para fusionar los núcleos atómicos.