一. 多年冻土
青藏铁路铺设在平均海拔4500米的高原上，由于海拔高，终年气温很低，路基下是多年冻土层，有的地方冻土层厚达20多米；这些冻土在温暖的季节会融化下降，寒冷的季节则冻结膨胀，这一起一降会严重影响铁路路基的稳定。而青藏铁路要经过这样的冻土地段长达550千米，是铁路全长的一半！
在工程建设中，对这一地带采用了因地制宜的方法：对相对稳定的冻土地段采取片石通风路基、片石护道、热棒技术、铺设保温板等方法，使路基通风，加快热量散发，降低温度，保持冻土的稳定性。对于极不稳定的冻土地段则采用“以桥代路”的方法，即以桥梁代替路基。桥梁工程采用桩基础，每座桥墩下面有四根桩基，每根桩基要深入地下20米以上，浇筑桥墩的混凝土经过了点和不同的地质条件，采取衬砌防水保温层、泥浆护壁等有效措施，克服了一系列施工难题。目前，我国在铁路冻土领域的科研攻关已经走在了世界的前列，同时还诞生了一批冻土研究的新生力量。
二. 生态脆弱
青藏高原气候寒冷，昼夜温差大，土层浅薄贫瘠，生态十分脆弱，一但遭受人为破坏，要恢得几乎不可能。为此，青藏铁路建设工程首次作出了环保和施工同等重要的承诺，并与当地政府签定了环保协议；铁路建设工程用于环保方面的投资预计达20多亿元，占工程总投资的10％左右，环保投资和所占比例如此之大，在国内建设史上尚属首例。
环保意识和行动无处不在：在桩基施工中，工程人员创造性地应用旋挖钻机干法成孔这一新型环保施工工艺，它可以快速成孔，既不会过多干扰多年冻土层，又不会污染环境。可可西里是国家级自然保护区，铁路穿过这里时，修建了清水河特大桥，这是全线最长的“以桥代路”工程，也是青藏铁路专门为藏羚羊等野生动物迁徒而开辟的通道。对于在施工过程中不可避免的环境破坏，则采取人工种草和草皮移植的方法，最大限度地恢复植被。工程开工至今，铁路沿线的冻土环境和江河湖泊的水质无明显改变，野生动物迁徙自由，对湿地生态的保护极有效。
三. 高寒缺氧
高原上气温低，空气稀薄，这种特殊的气候条件对施工人员和施工设备都是一种严峻的考验。在施工中，工程师们用自己发明创造的技术，加强了电器系统的耐低温性能，提高了动力系统的供氧量，把这些设备变成了世界上最先进的高原工程设备。
在施工人员方面，国家铁道部、卫生部第一次联合下文，对医疗卫生保障专门作出详细而具体的规定，投资达两亿元，建成覆盖全线的三级医疗保障体系，使出现严重高原反应和患高原病的人员得到及时治疗，施工两年来，实现了高原病零死亡，非典疫情零发生，鼠疫零传播的“三无”目标。