Paris compte six grandes gares terminus, héritées du dix-neuvième siècle, auxquelles s'ajoutent la gare de Bercy et les gares souterraines du réseau régional. Chacune dessert une direction précise, ce qui explique l'absence de traversée ferroviaire directe de la capitale pour les trains grandes lignes.
La gare du Nord dessert les Hauts-de-France, la Belgique, les Pays-Bas et le Royaume-Uni par le tunnel sous la Manche. La gare de l'Est conduit vers le Grand Est, le Luxembourg et l'Allemagne. La gare de Lyon ouvre sur la Bourgogne, la vallée du Rhône, les Alpes, la Provence et l'Italie. La gare d'Austerlitz dessert le Centre, le Limousin et le sud-ouest par la ligne classique. La gare Montparnasse concentre les liaisons vers la Bretagne, les Pays de la Loire et le Sud-Ouest par la ligne à grande vitesse. La gare Saint-Lazare, enfin, dessert la Normandie et une large partie de la banlieue ouest.

Les gares parisiennes du dix-neuvième siècle associent une façade de pierre, traitée comme un monument urbain, et une halle métallique couvrant les voies. La gare du Nord présente une façade rythmée de statues représentant les villes desservies. La gare de Lyon se signale par son beffroi et par son buffet décoré de fresques, protégé au titre des monuments historiques, qui conserve son décor du début du vingtième siècle. La gare d'Orsay, devenue musée, illustre le même principe appliqué à une gare urbaine électrifiée. Plusieurs de ces ensembles ont été agrandis en sous-sol pour accueillir le réseau express régional.
Aucun train grandes lignes ne relie directement les gares terminus entre elles : le transfert se fait par le métro, le réseau express régional ou le bus. Le temps de correspondance se calcule en comptant les déplacements intérieurs, souvent longs dans les gares à plusieurs niveaux, et les affluences aux heures de pointe. Les trajets les plus courants, de la gare du Nord à la gare de Lyon ou de Montparnasse à la gare de Lyon, se font par une ligne directe du réseau régional ou du métro. Prévoir une marge d'une heure entre deux trains grandes lignes dans deux gares différentes reste un repère prudent.
Les grandes gares proposent des consignes à bagages, des espaces d'attente, des services d'accompagnement pour les personnes à mobilité réduite et des points d'information. L'accompagnement se réserve à l'avance, dans un délai fixé par le transporteur, et il se demande pour chaque trajet. Les commerces et la restauration occupent une part croissante des surfaces, et les horaires d'ouverture suivent ceux des premiers et derniers trains. Les objets trouvés suivent une procédure propre à chaque exploitant, avec un délai de conservation limité.
La gare du Nord figure parmi les gares les plus fréquentées d'Europe, l'essentiel de son trafic venant des lignes régionales et de banlieue plutôt que des liaisons internationales. Cette fréquentation explique les projets successifs de réaménagement, qui portent sur la séparation des flux, les accès et l'intermodalité. Les autres gares connaissent des travaux de même nature, avec la création de nouveaux accès et la rénovation des halles métalliques. Les chantiers modifient régulièrement les cheminements intérieurs, ce qui justifie de consulter le plan de la gare avant un transfert serré.