青藏鐵路的建設，創造了多個世界之最：
世界最長的高原鐵路——青藏鐵路格爾木至拉薩，穿越戈壁沙漠、沼澤濕地和雪山草原，全線總里程達1142公里。
世界海拔最高的高原鐵路——青藏鐵路穿越海拔4000米以上地段達965公里，最高點在唐古拉山，海拔為5072米，被譽為「離天最近的鐵路」。
穿越凍土裡程最長的鐵路——青藏鐵路穿越多年連續凍土區里程550公里。
創世界高原最高時速——列車在凍土地段時速100公里，非凍土地段時速120公里，這是世界高原鐵路的最高時速。
世界海拔最高的隧道——風火山隧道位於海拔5010米的風火山上，全長1338米，軌面海拔高4905米，全部位於永久性高原凍土層。
世界最長的高原凍土隧道——昆崙山隧道全長1686米，是世界最長的高原凍土隧道。
海拔最高的火車站——青藏鐵路唐古拉車站地處青藏高原腹地，海拔5068米。
最長的高原凍土鐵路橋——海拔4600多米、全長11.7公里的號稱青藏鐵路第一長橋的清水河特大橋飛駕於昆崙山下。
青藏鐵路在建設時期，就確立了「主動降溫、冷卻地基、保護凍土」的設計理念，採取了以橋代路、片石氣冷路基、碎石（片石）護坡護道路基、通風管路基、熱棒路基以及遮陽棚、隔熱保溫等一整套主動降溫工程措施。為切實保障青藏鐵路運行安全，青藏鐵路公司採取徒步檢查重點凍土地段、抽調專業人員添乘機車檢查、線路靜態檢查、軌檢車檢查、巡檢車檢查、晃車儀檢查、安裝軌道巡檢雷達探測裝置等措施，達到了比較理想的效果。青藏鐵路開通運營以來，凍土穩定性已經受住了夏季和冬季的考驗。
青藏高原地處雪域，因雪而風光旖旎。但對青藏鐵路而言，雪卻成為影響運輸安全的隱患。青藏鐵路採用了許多世界先進的設備，其中的線路道岔融雪設備就發揮著為青藏鐵路運營安全保駕護航的作用。青藏鐵路格拉段45個站中共有32個站安裝有道岔融雪裝置，在道岔遇雪時能夠產生熱量，融化並蒸發落在道岔上的積雪，保證道岔正常轉換。
針對高原的特殊環境，鐵路部門還採用了世界先進的大功率機車，建立了全方位的監控預警系統，包括室內外環境溫度的監控、視頻的監控、門警、防火以及大風監測等，為青藏鐵路運輸組織、設備維護、施工監控防護等方面提供了有力的保障。
青藏鐵路平均海拔4000多米，最高達到5072米。高寒缺氧不但是青藏鐵路建設過程中遇到的難題，而且是在運營過程中對衛生保障工作具有長期挑戰性的問題。為使旅客在旅行中能得到有效的衛生醫療保障，每趟旅客列車都配備了相應的醫療設施、醫護力量和應急預案，進行應急處置、救治工作。青藏鐵路公司還與鐵路沿線的7個地方和軍區醫院簽訂了《青藏鐵路旅客列車發生重大突發事件醫療保障協議》，使旅客在列車上發生急病等情況下，能得到及時救治。
青藏鐵路沿線土壤侵蝕類型多樣，風力、凍融和水力侵蝕均有分布，特別是受高海拔、凍土、低溫等因素影響，水土資源十分珍貴。而青藏鐵路建成的水土保持設施工程質量總體優良，達到了有關技術規範、標準的要求，有效保護了「三江源」和青藏高原生態系統。
青藏鐵路在沿線野生動物活動頻繁區段，修建了33處野生動物通道，並設置了防護欄、警示牌和遷徙誘導等設施。根據青藏鐵路環保驗收調查期間的監測結果及2004年至2006年的監測資料，野生動物通道的使用效率明顯提升，對鐵路沿線野生動物的種群交流起到了積極作用。
為盡量減少鐵路建設對植被的影響，青藏鐵路建設者們在高寒草甸和濕地等施工區域，採取了將原生植被進行劃塊切割、異地培育和移植等植被保護措施。如今，這條鋼鐵大動脈已經成為橫穿雪域高原的綠色「哈達」，線路兩側，草場依舊青青如茵，野生動物自由遷徙，呈現出一幅人與自然和諧相處的動人畫面。