岩盤が特に固い場所などでは掘削した部分を素早くコンクリートで吹き付けて固め、ボルトで固定する新オーストリアトンネル工法（NATM）が用いられることがある。また河川の下では潜函工法（ケーソン工法）や地上で造ったトンネルユニットを水中で連結する沈埋工法が用いられることもある。また、掘削部に近接してあるいは直上に既存の建造物の基礎や杭あるいは下水管などがある場合、その沈下を防ぐためそれらの荷重を代わりに受ける構造物を構築した後に掘削を行い、トンネルや駅設備を設けることがある（アンダーピニング工法）。いずれも限られた場所でのみ用いる工法である。
地下鉄の管理団体は2種類に大別される。一つは政府や自治体といった公営と呼ばれるもので、もう一つは民間企業の民営（日本でいう私鉄）と呼ばれるものである。また、そのどちらもが混在している第三セクター[3]と呼ばれる形態も存在する。もっとも、一見民営企業であってもその出資者は地元自治体のみで実質公営という事例が欧州を中心に多数存在する。また、逆に一見公営の地下鉄だが、運営は民営企業に一括して委託するケースがある。該当する例として、フランスのリヨンとリールの地下鉄があげられる。これらは対外的には市営地下鉄として案内されるが、実際には市から委託された民営会社が運行している。
ロンドンでは当初、民間のいくつかの鉄道会社が地下鉄路線を建設し、統一性や計画性のないまま各々の会社が運営していた。しかし1933年に全ての路線が公的な団体として統合された。その後現在では1社の民間企業として運営している。このように運営団体が変わることも珍しくないほか、地下鉄路線の建設が非常に高額なために公的な団体が路線を建設し、民間企業が運営にあたる例もある。
運賃は乗る時間・距離を問わず定額である場合が一般的であるが、日本を中心とするアジアの路線では距離（区間）に応じて運賃が増加するシステムを採用している。ドイツを中心とするヨーロッパでは、地下鉄を含めた交通機関に対してゾーン制と呼ばれる統一の料金システムをとっている。ゾーン制では中心部とそこから同心円状にゾーンを設定する。同じゾーンの中では料金は均一であるが、ゾーンをまたぐにつれて運賃が増加するというものである。なお、欧州を中心に、交通事業者の連合体が結成され、交通機関の共通運賃制度がとられている例も多い。
多くの路線では自動改札が導入されている。これは大量の人員を捌くためだけでなく、維持費を削減する目的もある。自動改札には専用の切符やカードといった乗車券を挿入して扉を開けるものと硬貨を入れることで回転棒が回るものの2種類が一般的である。特に日本の地下鉄では磁気情報が記録された切符を自動改札で読み取り、入出場の記録を取って運賃不足を自動判断できる高性能な改札機がひろく使用されている。また、ICカードを用いた運賃収受システムも急速に普及しつつある。
一方で、ドイツ、オーストリアなどでは信用乗車方式が実施されている。これは駅の改札等を一切廃止する変わりに、抜き打ちの車内検札を行うものである。この場合、正規の切符を所持していない場合、正規料金の8倍以上の罰金が請求される（これらの国では、他の市内交通機関でも同様の制度が敷かれている）。
地下鉄は大都市における大量輸送を第一の目的としているため、「待たずに乗れる」ことが要求される。そのため多くの地下鉄網では日中の列車運行間隔が5 - 10分程度に設定されている。特にモスクワなどでは混雑時に1分程度に設定されている。
列車は各駅に停車するものが大半だが、東京などでは日中に一部の駅を通過する緩急運転を実施している路線もある。ニューヨークでは、上下線に各駅列車用の軌道と急行列車用の軌道がある複々線区間や、上下線の各駅列車用軌道に午前と午後で進行方向が逆になる単線軌道を加えた複単線区間が多く存在することから、ほとんどの路線で各駅と急行の2種類の列車を走らせている。
世界の大多数の地下鉄網では、保守点検のため深夜から早朝にかけての時間帯には運転を行なっていない。ニューヨークの地下鉄などは数少ない例外で、複々線や複単線区間では深夜や週末に1軌道に保守点検を施しながら残りの軌道で営業運行ができるため、24時間の終日運行を行なっている。
日本や韓国の地下鉄では、営業母体の異なる郊外の通勤鉄道線と地下鉄網の軌道規格を統一することにより、多くの通勤列車を郊外から都心へ直通運転させていることが特徴的である。
地下鉄は雪や雹（ひょう）などには強いものの、地震や水害、火災、テロリズムなどには弱く、地下鉄の構造上、これらの被害にあった場合大惨事になる可能性が極めて高い。そのため安全に関する取り組みは開業以前から研究され続けている。
かつては地下鉄は地震に強いとされていた。しかし、阪神・淡路大震災で神戸市営地下鉄、神戸高速鉄道で多大な被害を出した（特に神戸高速鉄道の大開駅は上の道路が陥没するほどの被害となった）。後の研究で路線が地下を走行する都合上、路線区間はトンネルとして建設されているため、地形が大きく変動することのある地震には弱いことが分かっている。地盤の柔らかい土地では特に注意が必要である。また、路線上の地面が低海抜の場合は、防波堤の決壊により海水が流入することが想定されるので下記の水害を併発する恐れがある。
地下鉄のシステムは地面よりも低い位置にあるため、地上に降り注いだ雨などの水が地下鉄の設備に浸入してくる。そのため十分な防水・排水設備を持たない場合、水没することもあり得る。このため、地上の駅への出入口を一段高くしたり大雨の時などは駅出入口の防潮板や線路上の防水扉を展開して閉鎖されることがある。東海豪雨などの浸水などがその例である。
古くに建設された地下鉄駅では防火対策が十分になされておらず、駅構内で火災が発生した場合、瞬時に煙が充満し被害が一層深刻化することも問題視されている。この例としては1987年11月18日、ロンドン地下鉄キングズクロス駅で起きた火災で31名が死亡した事件が挙げられる。ロンドンの地下鉄には古い木造の構造物が多く残っていた事が指摘されたが、これをきっかけにして日本では地下鉄駅構内の終日全面禁煙が実施された。また、2003年2月18日に韓国の大邱広域市の駅構内で発生した放火による地下鉄火災（大邱地下鉄放火事件）が挙げられる。この火災は2編成12両を全焼し死者192名、負傷者148名を出したが、被害がここまで深刻化した原因としては車両の内装に可燃性の素材を使用していたことと駅構内の排煙設備の不備によることが主で、車両の材料が燃焼した際に生じた一酸化炭素などの有害な物質による中毒により死亡した者が特に多かった。
