Mannheim ist der größte Eisenbahnknoten in Südwestdeutschland. 2005 hielten im Mannheimer Hauptbahnhof täglich 185 Fernverkehrszüge. Über eine ICE-Hochgeschwindigkeitsstrecke besteht seit 1991 eine schnelle und leistungsfähige Verbindung in die Region Stuttgart.
Mit der Neubaustrecke Rhein/Main–Rhein/Neckar ist eine vergleichbare Anbindung an die benachbarte Rhein-Main-Region in Planung, nachdem bereits seit der Eröffnung der westlichen Einführung der Riedbahn (WER) 1985 von Frankfurt kommende Züge halten können, ohne im Hauptbahnhof wenden zu müssen. Ab 2007 soll die Europäische Hochgeschwindigkeitsverbindung Paris - Frankfurt (LGV Est européenne) mit dem ICE durch Mannheim führen.
Der Rangierbahnhof ist nach Maschen (Hamburg) der zweitgrößte in Deutschland. 2005 wurden täglich 30 internationale, 60 nationale und 440 regionale Güterzüge abgefertigt.
Seit 2003 fährt die S-Bahn, die fast den gesamten Rhein-Neckar-Raum erschließt und Linien bis in die Pfalz, den Odenwald und nach Südhessen führt. Alle S-Bahn Linien der S-Bahn RheinNeckar fahren über den Mannheimer Hauptbahnhof. Weitere S-Bahn Stationen sind derzeit Mannheim-Rangierbahnhof, Mannheim-Seckenheim und Mannheim-Friedrichsfeld-Süd.
Den öffentlichen Nahverkehr in Mannheim versorgt seit dem 2. Juni 1878 die Straßenbahn. Elf Stadtbahn- und zahlreiche Buslinien der RNV sind heute in Betrieb. Alle öffentlichen Verkehrsmittel können zu einheitlichen Preisen innerhalb des Verkehrsverbunds Rhein-Neckar (VRN) benutzt werden. Zusätzlich gibt es in Mannheim mit über 50 CarSharing Fahrzeugen ein gut ausgebautes Carsharing-Angebot. Kooperationen des Verkehrsverbundes und der RNV mit Stadtmobil ermöglichen die besonders günstige Nutzung von CarSharing durch Besitzer von Jahrestickets für den ÖPNV. Das in den 1970ern begonnene U-Bahn-Netz Mannheim-Ludwigshafen wurde bis auf kleine Teilstücke aus Kostengründen nicht realisiert. Die einzige unterirdische Station in Mannheim ist die Haltestelle Dalbergstraße. Die U-Bahn-Planungen wurden mittlerweile eingestellt. (Siehe auch: Nahverkehr in Mannheim)