Un train autonome est un train se déplaçant à l'aide d'un système ATO (de l'anglais : Automatic Train Operation) qui fournit une conduite plus ou moins automatique en fonction de son niveau d'automatisation.
Si ce procédé est déjà utilisé sur des métros, il est encore au stade expérimental sur des trains circulant sur les réseaux ferrés généralistes.
L'intérêt du train autonome est multiple :
Le niveau de sécurité doit être au moins égal au niveau de sécurité assuré par un système de conduite manuel.