Die Zahnradbahn Stuttgart wurde am 23. August 1884 eröffnet und verbindet den Marienplatz in Stuttgart-Süd mit dem Albplatz in Degerloch, das heißt den Stuttgarter Talkessel mit der Filderebene. Sie ist meterspurig nach dem System Riggenbach gebaut und wird von der Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) mit Triebwagen des Typs ZT 4.2 betrieben. Im Volksmund wird die Bahn Zacke oder Zacketse genannt, sie gilt als Stuttgarter Wahrzeichen.
Neben der Zugspitzbahn, der Wendelsteinbahn und der Drachenfelsbahn ist sie eine von nur noch vier Zahnradbahnen in Deutschland. Als einzige dient sie dabei nicht vorwiegend touristischen Zwecken, sondern dem regulären öffentlichen Personennahverkehr (ÖPNV). Die Stuttgarter Zahnradbahn ist deshalb seit 31. Mai 1959 auch in das Liniennummernsystem der SSB integriert, zunächst als Linie 30, seit der Einführung des Verkehrs- und Tarifverbunds Stuttgart (VVS) am 1. Oktober 1978 als Linie 10. Rechtlich gesehen handelt es sich heute um eine Straßenbahn gemäß der Straßenbahn-Bau- und Betriebsordnung (BOStrab). Die beiden Endstationen Marienplatz und Degerloch bieten eine Umsteigemöglichkeit zur Stadtbahn.
Als Besonderheit besitzt die Stuttgarter Strecke eine tiefliegende Zahnstange auf Höhe der Schienenoberkante, da sie abschnittsweise direkt im Straßenplanum verläuft.
Die Strecke beginnt heute auf dem Marienplatz im Stadtbezirk Süd. Unmittelbar nach der Abfahrt überquert die Zahnradbahn die Filderstraße und führt auf eigenem Bahnkörper bergauf zur Kreuzung der Alten Weinsteige mit der Liststraße. Dort trifft die Strecke auf die alte Trassierung (1884 bis 1936) der Filderbahn-Gesellschaft, die heute nur noch Betriebsstrecke von und zum Depot ist. Dieses ist in der früheren Talstation untergebracht, umgangssprachlich seinerzeit auch Filderbahnhof genannt. Ab der Liststraße verläuft die Zahnradbahn größtenteils entlang der Alten Weinsteige, der historischen Hauptstraße, auf die Filderebene.
Auf den ersten 1,7 Kilometern Streckenlänge ab Marienplatz werden 207 Höhenmeter (266 Meter bis 473 Meter über Normalnull) überwunden, auf den letzten 500 Metern fällt sie um drei Höhenmeter ab. Die maximale Steigung beträgt 17,8 Prozent (zwischen den Haltestellen Liststraße und Pfaffenweg), auf der Betriebsstrecke zum Depot 20,0 Prozent. Zwischen dem Pfaffenweg, der Wielandshöhe, wo sich das gleichnamige Sternerestaurant von Vincent Klink befindet, und dem Haigst bietet sich ein Panoramablick auf die Innenstadt im Stuttgarter Talkessel.
Die Strecke der Zahnradbahn ist durchgehend eingleisig, lediglich an der Haltestelle Wielandshöhe besteht eine Ausweiche, die im Linksverkehr benutzt wird, dazu ein ehemaliges Stellwerk aus dem Jahr 1957, das bis 1983 örtlich besetzt war. Die Bahnsteige der Haltestellen Liststraße, Haigst, Nägelestraße und Degerloch liegen bergauf gesehen auf der linken Seite, die der Haltestellen Marienplatz, Pfaffenweg und Zahnradbahnhof auf der rechten Seite. Die Kreuzungsstation Wielandshöhe besitzt einen Mittelbahnsteig. An der Haltestelle Nägelestraße, zugleich Kulminationspunkt der Strecke, stehen zwei nach Fahrtrichtung getrennte Bahnsteige zur Verfügung, die durch einen Bahnübergang voneinander getrennt sind. Die Zahnradbahn fährt überwiegend auf einem eigenen Gleiskörper mit Vignolschienen; lediglich im Bereich der Bahnübergänge, einiger Haltestellen und der Grundstückszufahrten werden Rillenschienen verwendet. Die betriebliche Höchstgeschwindigkeit beträgt 30 km/h.
Aufgrund der teilweisen Führung im Straßenplanum und zahlreicher Grundstückszufahrten ist die Zahnstange tiefliegend angeordnet, sodass die Trasse relativ einfach gekreuzt werden kann. Dabei liegt die Zahnstange nicht höher als die Oberkante der Fahrschienen. Viele weitere Zahnradbahnbetriebe weisen eine hochliegende Zahnstange auf. Dabei ist das Hauptzahnrad so hoch angeordnet, dass sich seine Unterkante etwas über der Höhe der normalen Fahrschienen befindet. Der Vorteil der hochliegenden Zahnstange liegt darin, dass die Zahnradbahnfahrzeuge auch Gleise ohne Zahnstange befahren könnten. Ohne Zahnstange können Weichen einfacher und kostengünstiger betrieben werden. Zudem könnte auf relativ flach geneigten Vor- oder Zwischenabschnitten auf die Zahnstange verzichtet werden und die Fahrzeuge theoretisch auf angrenzende Strecken im Reibungsbetrieb übergehen. Das ist in Stuttgart aber nicht möglich.
Es besteht ein starrer 15-Minuten-Takt, für diesen sind zwei Umläufe erforderlich. Lediglich an Sonn- und Feiertagen verkehrt die Zahnradbahn von Betriebsbeginn bis 8:00 Uhr im 30-Minuten-Rhythmus mit nur einem Wagen. Die Fahrt dauert in beiden Richtungen jeweils zehn Minuten, dabei beträgt die Wendezeit am Marienplatz sechs und in Degerloch vier Minuten. Die Triebwagen der Zahnradbahn verkehren immer als Einzelwagen. Mehrfachtraktion ist wegen der auf circa 20 Meter Länge begrenzten Bahnsteige nicht möglich. Laut SSB nutzen täglich 2500 bis 3000 Menschen die Zahnradbahn (Stand 2025).
Eine Besonderheit ist der täglich ab 23:00 Uhr durchgeführte Schienenersatzverkehr mit einem im 20-Minuten-Takt verkehrenden Minibus auf Mercedes-Benz Sprinter-Basis, der von der OVK Omnibusverkehr Kirchheim GmbH im Auftrag der SSB betrieben wird. Dieser sogenannte Zackebus kann die Haltestelle Nägelestraße in beiden Fahrtrichtungen nicht bedienen und hält auch nicht am Zahnradbahnhof, dafür aber in beiden Fahrtrichtungen an der Nachtbushaltestelle Karl-Pfaff-Straße. In Fahrtrichtung Marienplatz wird zusätzlich die Haltestelle Lehenstraße der Buslinie 43 bedient. Mit einer Fahrzeit von acht Minuten ist der Bus zwei Minuten schneller als die Bahn. Ursprünglich wurde der abendliche Schienenersatzverkehr bei seiner Einführung im Jahr 1972 mit Linientaxis durchgeführt, die auch bereits zum regulären VVS-Tarif und ohne Voranmeldung benutzt werden konnten. Sie wurden zum Fahrplanwechsel am 15. Dezember 2020 durch den Minibus abgelöst, nachdem ihre Kapazität nicht mehr ausreichte.
Ursächlich für diesen Betrieb ist, neben einem eher geringeren Fahrgastaufkommen in den späten Abendstunden, die entfallende Lärmbelästigung für die Anwohner der Zahnradbahn. Im Zusammenhang mit der Einführung der neuen, leiseren Fahrzeuggeneration im Jahr 2023 wurden Forderungen laut, die Zacke künftig länger zu betreiben. So setzte sich der Gemeinderat mit einem interfraktionellen Antrag für eine Verlängerung der Betriebszeit „zumindest bis Mitternacht“ ein. Angesichts des Widerstandes des Degerlocher Bezirksbeirats und der Initiative „Zacke bis 21 Uhr“ stimmte man dem Kompromissvorschlag zu, die Betriebszeit der Züge – zunächst als Pilotprojekt für zwei Jahre ab dem Fahrplanwechsel im Dezember 2024 – bis 22:45 Uhr zu verlängern.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal der Stuttgarter Zahnradbahn ist die am 1. Mai 1983, nach endgültiger Außerbetriebnahme der zweiten Fahrzeuggeneration, eingeführte Fahrradmitnahme auf einem kurzen flachen Vorstellwagen. Die Fahrgäste verladen ihre Räder hierbei selbst, wobei diese quer zur Fahrtrichtung stehen. Die Fahrradbeförderung ist nur auf der Gesamtstrecke von Endstation zu Endstation und ausschließlich bergauf erlaubt. Nur so ist gewährleistet, dass unterwegs keine Verspätungen durch Be- und Entladevorgänge entstehen. Zudem kann so der Fahrer vom bergseitigen Führerstand prüfen, ob sich möglicherweise ein Fahrrad während der Fahrt aus der Befestigung löst.
Die Mitnahmemöglichkeit ist auch bei Downhill-Fahrern sehr beliebt. An schönen Tagen sind nachmittags oft alle Stellplätze belegt. Die Fahrradbeförderung ist, im Gegensatz zur Stadtbahn, auch in den Hauptverkehrszeiten erlaubt und, im Gegensatz zur S-Bahn, auch zwischen 6:00 und 9:00 Uhr kostenlos. Weil die Schiebebühne im Betriebshof für einen Zahnradbahntriebwagen mit Vorstellwagen zu kurz ist, wurden die Vorstellwagen des ZT 4 nachts an der Degerlocher Endstation abgestellt. Die neuen Vorstellwagen des ZT 4.2 werden hingegen per Hand auf die Schiebebühne und ins Depot geschoben. Bei geschlossener Schneedecke bleiben sie außer Betrieb, weil für die leichten Wagen dann eine Entgleisungsgefahr besteht.