一个基本的过山车构造中，包含了爬升、滑落、倒转(儿童过山车没有倒转)，其轨道的设计不一定是一个完整的回圈，也可以设计为车体在轨道上的运行方式为来回移动。大部分过山车的每个乘坐车厢可容纳2人、4人或6人8人，这些车厢利用勾子相互连结起来，就像火车一样。从最基本的层面来看，过山车不过是一部利用重力和惯性使列车沿蜿蜒的轨道行进的机器。
随着20世纪50年代钢管轨道的引入，过山车领域发生了巨大的变化。在钢制过山车中，列车车轮一般由聚亚安酯或尼龙制成。除了有传统的车轮安置在钢管轨道的正上方，车厢还有其他一些车轮，分别运行于轨道的底部和侧面。这种设计使车厢能够稳固地卡在轨道上，这在列车穿过轨道的盘旋和弯道时是极为重要的。在紧张的行驶过程中，这些轮子确保过山车不会脱离轨道。
过山车脱轨是一件非常危险的事情，车厢对头部一般都没用任何保护措施，瞬间制动引起的过载就会对人造成很大伤害，甚至是死亡。不过，随着制造技术水平的提升，过山车的安全措施非常好，大部分过山车的轨道都是用3重卡轮卡在轨道上的，包含负重轮、侧导轮、倒挂轮，防止脱轨事故的发生。
过山车脱轨属于重大游乐设备突发事件，首先应该疏散人群，保护好现场。然后迅速实施现场应急处置，救援被困游客;经现场处置或经判断，人手不够、经验不足或救援装备不足，无力实施救援时，应立即向上级领导报告，由公司层面组织人力和装备支援或向社会救援单位求助，如公安、消防、120、医院等。待救援车和救援人员到达后，应该有专人负责开道和清理路障;到达事故现场后，设备维修技术人员和现场其他工作人员应该密切配合救援，并适时提供专用设备和工具。
过山车实际上是非常安全的，据计算过山车出现事故的概率仅有2亿5000万分之一，它的安全性能可要比飞机还高。通常在过山车的轨道上，都会设有几百个传感器，这些传感器都极为敏感，实时的监控着过山车每一次的运行情况，以及过山车上各个零件的情况。如果在过山车运行的过程中，出现意外的情况或发生危险时，过山车的传感器就会立刻迫使过山车停下，普遍过山车停车的路段都会设置在提升阶段，或者是直线段，因为提升阶段，过山车轨道上本身就设有防滑的装置，可以使过山车更加稳固的停在轨道上，同时，过山车底部的聚氨酯车轮，也会起到很好的摩擦力作用，防止过山车脱轨而出。
而在直线段上，过山车就可以凭借着自身的刹车系统，稳稳地停在轨道之上，并且在过山车的轨道上，我们一般都会看到，两边设有紧急的梯子，这些梯子就是在过山车发生故障的时候，方便人们以最快的速度离开的。
过山车安装有安全系统，它能将车厢牢固地扣在轨道上：一个防脱轨的小轮子将车厢同轨道连在了一起。
在第一次上升期间，过山车被牵引到轨道的最高点上。“防折返装置”可以避免小列车向回折返，以防发动机发生故障时列车后退。
在施行刚刚开始时，过山车的小列车是依靠一个机械装置的推力推上最高点的，但在第一次下行后，就再也没有任何装置为它提供动力了。事实上，从这时起，带动它沿轨道行驶的唯一的“发动机”将是引力热能，即由引力热能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。
第一种能，即引力热能是物体因其所处位置而自身拥有的能量，是由于它的高度和由引力产生的加速度而来的。对过山车来说，它的热能在处于最高点时达到了最大值，也就是当它爬升到“山丘”的顶峰时最大。当过山车开始下降时，它的势能就不断地减少(因为高度下降了)，但它不会消失，而是转化成了动能，也就是运动能。不过，在能量的转化过程中，由于过山车的车轮与轨道的摩擦而产生了热量，从而损耗了少量的机械能(动能和势能)。这就是为什么在设计中随后的小山丘比开始时的小山丘那样的高度所需要的机械能了。
过山车自诞生以来就是各个游乐场的最受患有的游戏项目，过山车的列车在第一次被动力牵引到最高点后，就再也没有装置为它提供动力了。重力势能将会转化为动能，让列车走完整个轨道。过山车脱轨的几率几乎为零，但不排除由于安全设施不到位或者过山车质量问题而导致的脱轨事件发生。
风驰电掣的过山车，以速度、垂直翻转的高度让人肾上腺素上升、血压升高、心跳加快，带来强烈的刺激。虽说过山车惊险刺激，但实际上却比人们想象中的要安全。根据调查显示，2001年当中搭乘过山车的死亡率约为15亿分之1。这意味着游客死于驾车前往游乐园途中的机率反而大些。因此，脱轨根本不是过山车意外事故的主因。
大多数情况下乘坐过山车出现意外是由于过度的刺激触发了心脏病。有人认为乘客在移动和旋转中受到的加速度可能造成脑损伤。尤其是对于一些患有心脑血管疾病的人来说，坐过山车的时候出现意外死亡的几率会更大。