了解直通運轉之前先來回顧地鐵/捷運與郊區鐵路的區別，一般大都會區會以市中心為圓心，往外擴張一定的區域為都會區內，再往外擴展為大都會區。以東京都為例約為東京JR山手線圍起的區域加上銀座、日本橋等傳統東京市區，東京兩大地鐵~都營(東京都交通局公營)及東京交通營團(Tokyo Metro)的路線範圍都在此區域內，由市郊的品川、新宿、池袋、上野等車站向郊區延伸的就是多家私鐵的路網，加上ej過去日本國鐵建設移轉的JR捷運化路網，就是目前複雜的大東京鐵路網。
因此可以理解，郊區鐵路(私鐵)過去的起訖站一定多在JR山手線圍起的主要車站，如東急路網以新宿站往西、東武、京成路網為上野車站往東、京急路網為品川車站往南等等。在這幾個郊區大站彼此的互通，比須轉乘JR山手線等捷運化路線或是東京兩家地鐵公司路線。但是，隨著轉乘旅運需求的增加，爲方便整個轉乘的流暢與進出閘門的快速，則開始不同公司競合的直通運轉。所謂直通運轉就是不同的鐵路公司間，該一家鐵路車輛可以借由同一停靠站作為轉接點，駛入另一家鐵路公司的軌道內，票價依旅客搭乘的區間，可持同一車票一票到底，不同公司間再後續視該搭乘路段的路程拆帳。另一個直通運轉的必要的條件是，相互直通的鐵路公司，路軌跟列車的規格要相容。
如Tokyo Metro千代田線在代代木上原站與小田急電鐵相互直通，可將地鐵千代田線終點站延伸到小田急小田原線的終點站，在北端的綾瀨站與JR東日本常磐線往北相互直通。地鐵營運車種都是每站停車，但是郊區鐵路就有分每站停的普通車、跳站停的快速、通勤快速，還有停站更少的特急等車種，因此在原本地鐵路線內不管是何車種，都維持各站停車，到了郊區鐵路路段，則恢復不同車種的停站方式。
下圖是藍色系統的Tokyo Metro東西線， 一端在中野站與JR東日本的中央、總武線直通到三鷹，另一端在西船橋站與JR東日本武藏野、東葉線直通到千葉，也可與東葉高速鐵道及京成電鐵相互直通，從西到東最多直通到三家公司、四條路網，最多有四家公司的不同車輛，行駛這段直通運轉的大鐵路線。
紫色系統的Tokyo Metro半藏門線在澀谷站與東急田園都市線直通，在押上與東武伊勢崎線直通運轉，東急、東武、Tokyo Metro三家公司的路線直通，延伸了比原本的半藏門線地鐵，將近多出兩倍的路網，減少了過去多次轉成的複雜性。
不止Tokyo Metro，公營的都營地下鐵也有直通運轉，都營淺草線，一端在押上與京成電鐵直通到成田機場或京城電鐵各路網。在淺草線中的泉岳寺站，與京急電車可直通到羽田機場或橫濱地區。此路線有趣的是，京成及京急各有通往成田與羽田機場的通勤電車，因此可以看到往來兩國際機場間的通勤電車，出現在都市地鐵車站內，相當特別。
因為相互直通的關係，在地鐵車站會看到不同公司的車輛，如下圖左的東京地鐵千代田線的電車，下圖右為JR東日本常磐線電車，不是當地人或外來旅客，如果不查，可能會搭到不同區間的車輛。因為直通運轉後路線增長，列車旅程增長，會安排一些區間路段的電車，因此在都會區地鐵站內會有終點站不同的列車進站，搭乘時必須注意月台上的行車告示牌，或是電車站的行先、側邊、或車內的指示牌，或仔細聽列車長的廣播。
下圖是紫色塗裝的東京地鐵半藏門線現役列車，以及紅綠塗裝的東急最新型5000系的電車，在半藏門線的九段下站交匯。相互直通的因素，即使地鐵車輛也會跑到私鐵的郊區鐵路上，因此一定要注意來車的終點站，是在日本尤其是東京搭地鐵要注意的事項。雖然在都會區地鐵路網內上下車，比較不會遇到區間車問題，不過如果到東京都郊區如三鷹、吉祥寺，東京隔壁的千葉縣、神奈川縣等，搭乘直通運轉列車就一定要注意列車終點站。
下圖是都營地鐵三田線6300型電車與京急600行電車在都營三田線大手町站交匯，京急電車有些終點會到羽田機場，有些不經過羽田機場直通到橫濱地區。以前在大台北聯營公車，就出現過不同公車公司將路網互通，形成大台北聯營公車路網，也是同樣的道理，只不過是公車的聯營。
這種直通運轉可視為多家鐵路公司的聯營，類似於幾十年前大台北聯營公車的鐵路版本。這在鐵路網路線極少、沒有很多鐵路營運公司的台灣，是很難想像的服務方式。尤其台灣因國家及都會區軌道運輸路網簡單，養成很多乘客搭乘鐵路(尤其是台鐵)都不注意看車站或月台的LED標示牌，或列車行先牌。尤其大多慌慌張張的乘客只用問的，然後有沒有聽懂或搞懂也不知道，只要看到車一來就馬上跳上車。這種情形例如在台南沙崙支線開通後，在台南車站就常常發生搭錯車的情形，縱貫線、沙崙線來車傻傻分不清楚。如果在東京還是同樣的搭車習慣，一定會被搞得迷迷糊糊，常常搭錯車還不知 。因此搭車前請記得養成看車站、月台的，以及列車內外LED或彩色液晶螢幕顯示板！
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