Vakuuma bremzes kalpoja kā universālā standarta bremžu sistēma dzelzceļa vilcienos, līdz tā tika aizstāta ar efektīvākām un drošākām saspiestā gaisa sistēmām, ko izmanto mūsdienās. Vakuuma bremžu sistēma darbojas, izraisot vakuumu virknē šļūteņu, kas iet visā vilcienā. Šīs šļūtenes ir savienotas ar virzuļu blokiem katrā ratiņā, kas, to iedarbinot ar vakuumu, aizver bremžu suportus uz ratu riteņiem. Vecākos tvaika vilcienos vakuumu nodrošināja lokomotīves ežektori, savukārt jaunākās sistēmās tika izmantoti elektriski darbināmi vakuumsūkņi. Lai gan saspiestā gaisa sistēmas tagad ir norma lielākajā daļā jauno vilcienu, joprojām ir dzelzceļa operatori, kuri izmanto ritošo sastāvu ar saspiesta gaisa/vakuuma bremzēm.
Lai gan parasti ir efektīvas, vienkāršām vakuuma bremžu sistēmām ir viens nopietns, dažkārt fatāls trūkums, ti, jebkurš šļūteņu pārrāvums padara visu sistēmu nederīgu. Šis nosodošais “Ahileja papēdis” izraisīja vairākus nopietnus negadījumus, kuros bija iesaistīti bēguļojoši vilcieni, un pēc tam tika uzstādīta drošāka automātiskā vakuuma bremžu sistēma. Automātiskās vakuuma sistēmas bloķēja visas vilciena bremzes, ja vakuuma padeve tika pārtraukta. Lai gan sistēmas ir drošākas, tās joprojām tika lēni inicializētas, īpaši garu vilcienu gadījumā. Šīs veiktspējas problēmas lēnām noveda pie saspiesta gaisa bremžu sistēmu plaši izplatītas uzstādīšanas, kuras ir ātrāk iedarbināmas un atlaižamas un kopumā drošākas.
Vakuuma bremžu sistēmas pamatā ir centrālā vakuuma līnija vai caurule, kas stiepjas vilciena garumā. Līnija parasti ir tērauda caurule uz ratiņiem, kas savienota ar elastīgām šļūtenēm starp atsevišķiem ratiņiem. Pēdējam ratiņam vakuuma līnijas galā ir ievietots tukšs veidgabals, lai aizvērtu ķēdi. Tvaika lokomotīvēs ežektors nodrošina bremžu vakuumu, un to regulē vairākas sviras vadītāja kabīnē. Šie ežektori ir vienkāršas ar tvaiku darbināmas Venturi ierīces, kas rada pietiekamu negatīvu spiedienu, lai iedarbinātu vakuuma bremžu sistēmu.
Ja nepieciešams bremzēšanas spēks, vilciena vadītājs aktivizē ežektoru, kas izvelk gaisu no centrālās līnijas, tādējādi sistēmā radot vakuumu. Bremzēšanas virzuļa komplekts ir uzstādīts katra ratiņa apakšpusē un savienots ar centrālo vakuuma līniju. Kad to kustina negatīvais spiediens sistēmā, šis virzulis aktivizē virkni savienojumu, kas velk bremžu kurpes pret ratu riteņiem. Kad bremzes tiek atlaistas, vakuums samazinās un gaiss ieplūst atpakaļ virzuļa cilindrā, virzot to atpakaļ un atkārtoti atverot bremžu suportu, lai atbrīvotu riteņus.