铁路车辆运用管理的核心基层单位是车辆段，它们在各自管理的区域设有客车技术整备所、列车检修所和站修所等关键设施。车辆段根据专业分工划分为客车车辆段、货车车辆段、客货车混合车辆段以及机械保温车辆段。它们除了进行客车和货车的段修，还指导并监督客车技术整备所、列车检修所和站修所进行客货车的辅助维修、轴检等工作，这些地点通常设在编组站、国境站、枢纽站以及货车集散频繁或客车始发终到较多的地方。
客车技术整备所，即客车整备所，负责日常维护保养，主要位于旅客列车始发和终到站。它们对入库客车进行技术检查，包括通风、供水、供电设备的维修，处理运行中不易解决的问题，以及对客车进行辅助修、库存客车日常保养和临时修理，确保客车在使用过程中保持良好技术状态。在车辆段客车较少的地方，可能仅设有客车整备线。
列车检修所是负责技术检查和维修的机构，分为客列检和列检所。客列检设在旅客列车主要停车站，列检所则分布在编组站、区段站、交接站、国境站以及特殊需要的地方。列检所按作业量和功能不同分为主要、区段和一般列检所，对车辆进行全面或重点检查，确保行车安全。
站修所主要负责货车的辅助维修、轴检和摘车临修，位于有列检所的大型车站和装卸量大的厂矿交接站。它们对车辆制动装置、轴箱油润部分进行定期检修，对货车进行及时的临时修理。
装卸检修所作为车辆段的延伸，设在车辆装卸频繁且易造成严重损坏的地方，关注车辆的使用情况，利用装卸间隙处理临时故障。
制动检修所则专注于处理车辆制动部分的故障，尤其是在长下坡道附近车站，以防止制动系统故障引发的安全问题。
轴温检查站设立在易发生热轴的地点，通过红外线轴温探测系统进行实时监控，防止热轴事故的发生。
车轮厂作为专门的修理单位，负责客货车轮对的分解、组装、修理以及全面检查，通常设在铁路局所在地，部分还负责滚动轴承轴箱的维修和组装。
为铁路运输提供质量良好的客货车辆所进行的车辆管理和维修工作，是铁路运营工作的重要内容之一。车辆运用管理包括：掌握车辆的购置和配属；制订车辆检修制度，编制和执行车辆检修计划；设置车辆运用管理机构，负责进行除厂修外的全部车辆定期检修（见铁路车辆检修）及列车检修、入库检修、乘检和临修等工作。