O frână cu vid a servit ca sistem de frânare standard universal pe trenurile feroviare până când a fost înlocuită cu sistemele de aer comprimat mai eficiente și mai sigure folosite astăzi. Sistemul de frânare cu vid funcționează prin inducerea unui vid într-o serie de furtunuri care parcurg trenul. Aceste furtunuri sunt conectate la unități cu piston de pe fiecare cărucior care, când sunt acționate de vid, închid etrierele de frână de pe roțile căruciorului. La trenurile cu abur mai vechi, vidul era furnizat de ejectoarele de pe locomotivă, în timp ce sistemele mai noi utilizau pompe de vid acționate electric. Deși sistemele de aer comprimat sunt acum norma la majoritatea trenurilor noi, există încă operatori feroviari care folosesc material rulant cu frâne combinate aer comprimat/vacuum.
Deși în general eficiente, sistemele simple de frânare cu vid au un defect grav, uneori fatal, și anume, orice rupere a furtunurilor face întregul sistem inoperant. Acest nenorocit „călcâiul lui Ahile” a dus la mai multe accidente grave care au implicat trenuri fugare și eventuala instalare a unui sistem automat de frânare cu vid mai sigur. Sistemele automate de vid au blocat toate frânele unui tren dacă a existat vreo întrerupere a alimentării cu vid. Deși mai sigure, sistemele au fost încă lente la inițializare, mai ales în cazul trenurilor lungi. Aceste probleme de performanță au condus încet la instalarea pe scară largă a sistemelor de frânare cu aer comprimat, care sunt mai rapid de acționat și eliberat și, în general, mai sigure.
Sistemul de frânare cu vid are, în centrul său, o conductă sau conductă de vid centrală care parcurge lungimea trenului. Linia este de obicei o țeavă de oțel pe cărucioarele unite cu furtunuri flexibile între cărucioarele individuale. Ultimul cărucior are un fiting gol introdus la capătul liniei sale de vid pentru a închide circuitul. La locomotivele cu abur, un ejector furnizează vidul pentru frâne și este reglat de o serie de pârghii din cabina șoferului. Aceste ejectoare sunt simple dispozitive venturi acţionate cu abur care atrag suficientă presiune negativă pentru a acţiona sistemul de frânare cu vid.
Când este necesară forța de frânare, mecanicul de tren activează ejectorul care trage aerul din linia centrală, creând astfel un vid în sistem. Un ansamblu piston de frânare este montat pe partea inferioară a fiecărui cărucior și conectat la linia centrală de vid. Când este deplasat de presiunea negativă din sistem, acest piston activează o serie de legături care trage pantofii de rupere în sus spre roțile căruciorului. Când frânele sunt eliberate, vidul se reduce și aerul curge înapoi în cilindrul pistonului, mișcându-l înapoi și redeschizând etrierul de frână pentru a elibera roțile.