高铁的极限速度是多少，这个问题暂时来说是无解的。因为随着人类科技的逐步发展，技术的不断提高和拆运做创新，很多原来的观点都会被逐步推翻的。
1964年，日本人率先进入高铁时代时，运行在东海道新干线上0系电动车组的最高运行速度是210km/h。而在此之前，各个铁路强国的试验速度都要高于这个速度值，比如说蒸汽机车在1938年就创造了202km/h的速度悄拦，法国人在1955年用电力机车创造了331km/h的速度。
但是在20世纪60年代，全世界铁路行业基本上都接受的观点就是轮轨交通的极限速度就是在300多公里，不可能超越400km/h，这也是日本人和德国人开始研究磁悬浮的原因之一。因为磁悬浮是能够达到400km/h以上速度的。不同的是，日本人在研究磁悬浮的同时，仍然大力发展轮轨高铁， 而德国人则一门心思研究磁悬浮，轮轨高铁的研究大大放缓，因此虽然德国人还是第一个应用了交流传动内燃机车和交流传动电力机车（交流传动技术是现代轨道交通装备的最核心的东西），但是直到90年代以前，德国人的高铁技术是远远落后于日本和法国的。
在日本人率先进入高铁时代时，欧洲人也逐步通过电力机车牵引的城际列车达到了200km/h的速度。尤其是法国人，开始研究使用燃气轮机的TGV列车，并且跑出过318km/h的速度。但随着70年代初的石油危机，法国人迅速将TGV的研究方向改向电力牵引，最终取得丰硕成果。1981年2月26日，TGV在东南线开通前的试验中创下了380km/h的新的世界纪录。这也标志着400km/h不在是轮轨高铁的极限速度值。
此后，随着交流传动技术的逐步投入使用，电气设备迅速减重，电机功率比迅速提高。轮轨高铁的世界纪录不断提升：
1988年5月1日，德国人用ICE首破400公里时速，达到了406.9km/h。
1988年12月12日，法国TGV在东南线达到408.4km/h。
1989年12月5日，法国TGV在大西洋线达到482.4km/h。
1990年5月18日，又一个历史性时刻，法国人的TGV-A325号动车组在大西洋线达到了515.3km/h，人类铁路历史上首次突破500公里时速。
2007年4月3日，截至目前的轮轨世界纪录诞生，法国TGV在东线以三动两拖的试验车V150列车创造了574.8km/h。而且V150运用旅衡了一个未来一段时间内高铁减重提功率的一个利器：永磁同步电机。这也是人类进一步挑战更高速度的一个好消息。
从理论上讲，目前的轮轨高铁突破600km/h不存在技术上的难度，中国的CRH380AM型动车组，就是原来的更高速度试验列车，设计最高试验速度超过600km/h。但是截至目前，尚未进行超过500km/h的高速试验，有消息说将在郑州到徐州客运专线上冲击世界纪录。
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