一个城市的轨道交通线路一般由三条以上，这些线路相互组合，并受各个城市具体的人文地理环境等条件制约，形成了千姿百态的线网形态。
轨道交通线网的线路越长，条数越多，所构成的线网形态就越复杂，将这些线网形态抽象、归类，可归结为后面图片所示的18种线网形态结构。
这些线网形态结构的一个共同特点是：在城市的外围区轨道佳通线路呈现放射状，密度较低，形成主要的交通轴向；而在内城区轨道交通线路密度较高，形成以三角形、四边形为基本单元的形态多样的网格结构。
下图所示的18种线网形态结构中，最常见、最基本的轨道交通地铁线网形态结构是网格式、无环放射式及有环放射式三种。
网格式线网的各条线路纵横交叉，形成方格网，同时线网中的线路走向比较单一，其基本线路关系多为平行于"十"字形交叉两种。这种结构的线网线路分布比较均匀，客流吸引范围比例较高；线路按纵横亮哥走向，多为互相平行或垂直的线路，乘客容易辨识方向；换乘站较多，纵横线路间换乘方便，线网连通性好。此类线网的缺点，一是线路走向比较单一，对角线方向的出行需绕行，市中心与郊区之间的出行常需换乘，有时可能要换乘多次；二是平行线路间的换乘比较麻烦，一般要换乘两次或两次以上，当线网密度较小，平行线之间间距较大时，平行线间的换乘是很费时间的。
无环放射式线网是由若干穿过市中心的直径线或从市中心发出的放射线构成，这种类型的线网可使整个区域至中心点的绕弯程度最小，即全市各地至中心点的距离较短，因此其线网中心点的可达性很好，市中心与市郊的联系非常方便，有利于市中心客流 的疏散，也方便了市郊居民到市中心的工作、购物和娱乐出行，有助于保证市中心的活力，由于各条线路之间都相互交叉，任意两条线路之间均可实现换乘，因此线网连通性很好，线网任意两车站之间最多只需换乘两次。由于没有环形线，圆周方向的市郊之间缺少直接的轨道交通联系，市郊之间的居民出行需要经过市中心区的换乘站中转，绕行很长距离，或者需要通过地面交通的方式来实现，交通联系很不方便，这种不便程度随着城市规模的扩大而增大。
当三条以上轨道交通在同一点交汇时，其换乘站的设计、施工及运用都很困难，这种车站一般会在4层以上，旅客换乘不便，日常运营费用也高，同时庞大的客流量也难以疏散，因此，一般讲市中心的一点交叉改为在市中心区范围内多点交叉，形成若干“X”字形，三角形线路关系，这样既有利于换乘站的设计与施工，也有利于乘客的集散，还有利于扩大市中心区的范围。
有环放射式线网由穿越市中心区的径向线及环绕市区的环行线共同构成。径向线的条数较多，走向多样，但都经过市中心区。在一些轨道交通线网规模不是很大或建设时期较短的城市，如北京地铁、新德里地铁等，环线一般不多，而在一些轨道交通线网规模较大、轨道交通发展比较成熟的城市，如莫斯科地铁、东京地铁等，会出现两条或两条以上的轨道交通环线。
有环放射式线网结构是在无环放射式线网结构的基础上加了环行线形成的，是对无环放射式的改进，因而具有无环放射式线网的有点，又客服了周边方向交通联系不便的缺点。同时可以利用环线便捷出行，而无环放射式线网则要通过两条径向线绕行。因此，这种线网对城市居民的出行最为便利。当城市郊区发展成市区后，这种形式的线网便于线网有效的扩展。莫斯科地铁、巴黎地铁等轨道交通线网都采用了有环式放射线网。
从对现代大城市的车流和人流的分析可以看出，城市辐射方向（相对于市中心）的交通量最大。据此提出城市轨道交通线网的最佳形态如上图所示。辐射路线若在市中心区相交，为了了避免中心站超载，各条辐射线的交叉点不应集中于一点，而应在若干个车站相交。在大城市里，当城市边缘地区人口稠密时，应采用环线路线。