Un monorail est un système de transport guidé où la caisse du véhicule dépasse en largeur largement la voie unique, et où cette voie unique est un rail ou poutre rigide, c.a.d. pas un câble. On peut distinguer trois types selon la méthode utilisé pour tenir le véhicule debout:
en utilisant différentes techniques de propulsion et de sustentation (roues, coussin d'air, sustentation magnétique...).
Ce système est souvent utilisé pour transporter des voyageurs sur des itinéraires ou des circuits relativement courts (desserte d'aéroport, foire-exposition, par exemple). Le terme monorail peut aussi désigner le véhicule lui-même.
Le terme monorail désigne aussi un système de manutention (ou convoyeur) utilisé dans l'industrie pour déplacer des charges sur des rails fixés au plafond. Les charges peuvent être déplacées à la main ou le système peut être motorisé.
En France, il semble que le premier monorail soit celui de Larmanjat dont une ligne fut mise en service entre Le Raincy et Montfermeil, en 1868. Le système comportait un seul rail de guidage pour des véhicules à 3 roues. La difficulté était déjà d'assurer que la roue de guidage reste sur son rail et le système n'eut pas grand succès !
Trois systèmes ont été développés au début du XXème siècle, par Louis Brennan en Angleterre, Paul Fröhlich et Emil Falcke en Allemagne (financé par August Scherl, qui lui donnait le nom) et Piotr Schilovski, encore en Angleterre.
Le principe est connu de la bicyclette et la motocyclette, où la rotation des roues a déjà des effets stabilisateurs. Mais quand un cycliste peut faire des petits écarts pour rétablir son équilibre, un véhicule sur un rail rigide nécessite dans tous les cas un gyroscope séparé pour se tenir debout.
Le monorail de Duchamp fut mis en service à l'exposition de Lyon en 1872 sur 1 km. Les wagons étaient à cheval sur la voie située à près de 4 m du sol et le principe de traction par câble était proche du téléphérique. Il transporta 3500 voyageurs par jour durant l'exposition.
Le monorail de Charles Lartigue dont le prototype roula en 1880 en Algérie pour transporter l'alfa fut sans doute le premier monorail fonctionnel sur grande distance soit 90km. Sur ce principe, une ligne de démonstration à traction vapeur fut réalisée à Londres en 1886 et une autre de 15km fut construite et exploitée en Irlande dans le comté de Kerry entre Listowel et Ballybunion de 1888 à 1924. Il donnait satisfaction mais sa fermeture fut une des conséquences de la guerre civile d'Irlande et malgré des études sur les possibilités de traction électrique, le système n'eut pas d'autres suites.
Le principe du monorail surplombant son rail central est utilisé sur les monorails développés par la société allemande ALWEG, comme ceux de l'aéroport de Tokyo Haneda ou de Seattle.
Cette typologie se retrouve également dans les parcs Disney aux États-Unis.