Hamulec podciśnieniowy służył jako uniwersalny standardowy układ hamulcowy w pociągach kolejowych, dopóki nie został zastąpiony przez bardziej wydajne i bezpieczne systemy sprężonego powietrza stosowane obecnie. Podciśnieniowy układ hamulcowy działa poprzez indukowanie podciśnienia w szeregu węży biegnących w całym pociągu. Węże te są połączone z jednostkami tłokowymi na każdym wózku, które po uruchomieniu przez podciśnienie zamykają zaciski hamulcowe na kołach wózka. W starszych pociągach parowych próżnia była dostarczana przez eżektory na lokomotywie, podczas gdy nowsze systemy wykorzystywały elektrycznie napędzane pompy próżniowe. Chociaż systemy sprężonego powietrza są obecnie normą w większości nowych pociągów, nadal istnieją operatorzy kolejowi korzystający z taboru z kombinowanymi hamulcami sprężonego powietrza/podciśnienia.
Chociaż ogólnie skuteczne, proste podciśnieniowe układy hamulcowe mają jedną poważną, czasem fatalną wadę, tj. jakiekolwiek zerwanie węży powoduje, że cały układ nie działa. Ta przeklęta „pięta achillesowa” doprowadziła do kilku poważnych wypadków z udziałem pociągów, które zjechały, i ewentualnej instalacji bezpieczniejszego automatycznego podciśnieniowego układu hamulcowego. Automatyczne systemy próżniowe blokowały wszystkie hamulce pociągu, jeśli nastąpiła przerwa w dostarczaniu próżni. Chociaż bezpieczniejsze, systemy były nadal powolne w inicjalizacji, zwłaszcza w przypadku długich pociągów. Te problemy z wydajnością powoli doprowadziły do powszechnej instalacji pneumatycznych układów hamulcowych, które są szybsze w uruchamianiu i zwalnianiu i ogólnie bezpieczniejsze.
Podciśnieniowy układ hamulcowy ma w swoim sercu centralną linię lub rurę podciśnieniową, która biegnie przez całą długość pociągu. Linia jest zwykle stalową rurą na wózkach połączoną elastycznymi wężami pomiędzy poszczególnymi wózkami. Ostatni wózek ma zaślepkę wstawioną na końcu przewodu próżniowego, aby zamknąć obwód. W lokomotywach parowych eżektor dostarcza podciśnienie do hamulców i jest regulowany za pomocą szeregu dźwigni w kabinie maszynisty. Eżektory te są prostymi urządzeniami Venturiego na parę, które wytwarzają podciśnienie wystarczające do uruchomienia podciśnieniowego układu hamulcowego.
Gdy wymagana jest siła hamowania, maszynista uruchamia wyrzutnik, który wyciąga powietrze z linii centralnej, tworząc w ten sposób podciśnienie w systemie. Zespół tłoka hamulcowego jest zamontowany na spodzie każdego wózka i podłączony do centralnego przewodu podciśnieniowego. Poruszony przez podciśnienie w układzie, tłok ten aktywuje szereg połączeń, które ciągną klocki hamulcowe do kół wózka. Po zwolnieniu hamulców podciśnienie zmniejsza się, a powietrze przepływa z powrotem do cylindra tłokowego, przesuwając go do tyłu i ponownie otwierając zacisk hamulca, aby zwolnić koła.