“高寒缺氧、多年冻土、生态脆弱”是青藏铁路建设中的三大世界性难题，自2001年6月29日开工建设以来，广大建设者遵循科学、求实创新，取得了攻克三大世界性难题的突破性进展。
全长1100公里的青藏铁路横跨可可西里和唐古拉山无人区，大部分地区氧气含量仅占海平面的50％左右，极端气温可达零下40摄氏度。在高原上生活和工作，随时可能引发危及生命的高原病。如何在严酷的高原环境下确保建设者生命安全，是一项没有成功范例的世界性难题。
青藏铁路建设坚持以人为本，提出了“先生存，再生产”的口号。青藏铁路沿线建立了三级医疗机构，设立医疗机构115个，上场医务人员600多名，职工生病在半个小时内可以得到有效治疗。
青藏铁路建设创造了人类制氧史上的一大奇观。在海拔4600多米的昆仑山隧道施工阶段，施工人员背着5公斤重的氧气瓶，边吸氧边工作，在近一年的施工中，职工们共消耗5公斤瓶装氧气不低于12万瓶。中铁十七局工地宿舍内安装供氧管道，只要打开阀门，随时可以吸氧。在风火山隧道施工中，中铁二十局建成大型制氧站，将氧气输向施工隧道，使洞内氧气含量达到80％左右，工地海拔相当于下降了1000米。
青藏铁路建设总指挥部指挥长黄弟福说：“青藏铁路沿线建立了17座制氧站，4万名职工每人每天平均强制性吸氧不低于2小时，沿线配置了25个高压氧舱，如此大规模使用氧气，在人类建设史上还是首次。”
目前，全线脑水肿、肺水肿等急性高原病抢救成功率达100％，发病率基本稳定在千分之七左右，未发生一例高原病死亡事故。从以往强调超越自然的“人海战术”到如今尊重科学规律的“以人为本”，这正是尊重和体现劳动者人权的巨大进步。
青藏铁路穿越550公里的多年冻土地区。冻土是指温度在零摄氏度以下，并含有冰的各种岩土和土壤。冻土在冬天冻结体积膨胀，在夏季融化体积缩小。这两种现象的反复作用，路基就会破裂或塌陷。世界冻土区铁路列车时速一般只能达50公里。冻土虽然在加拿大、俄罗斯等国家也存在，但它们属高纬度冻土，比较稳定。而青藏铁路纬度低，海拔高，日照强烈，地质构造运动频繁，这里的多年冻土复杂性和独特性举世无双。
青藏铁路开工前，有西方媒体预言：青藏铁路根本过不了风火山，这里冰厚达150多米，在冰山上打隧道难以想像。2001年10月18日，风火山隧道打响第一炮，炸出的几乎全是晶莹剔透的冰块，弃碴含土量仅为15％左右，这样的地质环境一直是隧道施工的禁区。科技人员创造性地研制了两台大型隧道空调机组，将隧道施工温度控制在零下5摄氏度至5摄氏度，有效防止了地下冰融化滑塌，相继攻克了20多项世界性高原冻土施工难题，隧道顺利贯通。
专家们创造性地采取了解决冻土施工难题的相应对策：对于不良冻土现象发育地段、线路尽量绕避；对于高温极不稳定冻土区，采取“以桥代路”；在施工中采用了热棒、片石通风路基、片石通风护道、通风管路基、铺设保温板等多项设施，提高冻土路基的稳定性，青藏铁路堪称冻土工程的“博物馆”。
截至日前，青藏铁路重点控制性工程相继完工，铺轨里程达580公里，已完成工程合格率达100％，优良率达93．4％。青藏铁路建设专家组组长张鲁新说：“青藏铁路未来大规模出现冻土工程病害的可能性较小，行车速度可达每小时100公里，实现铁道部提出的‘列车在全线运行时间最短、行车设备实现免维修、沿线基本实现无人管理’三大目标大有希望。”
青藏高原是世界巨川大河的发源地，生态环境原始、独特而脆弱。国外一些媒体认为，青藏铁路建设将严重影响青藏高原生态环境。
建设单位竭尽全力来保护高原生态环境。青藏铁路建设用于环保的投资大约21亿元，占整个项目总投资的8％。在西藏“神湖”错那湖畔，一条用沙袋筑起的20多公里长的矮墙蜿蜒而过，将青藏铁路工地与碧波万顷的湖水隔开，防止泥沙流入，工地建设如火如荼，“神湖”依然圣洁如昔。规划中的青藏铁路古露车站将占用14万平方米的湿地，为了保护湿地，中铁十三局在原湿地旁边植被稀疏处，仿制了一块湿地环境，将车站用地上的草皮植入其间，精心养护……
青藏铁路总体设计师李金城说，青藏铁路在设计时就注意尽量减少对生态的影响，在自然保护区内，铁路线路遵循“能避绕就避绕”的原则进行规划，青藏铁路施工场地、便道、砂石料场的选址都经反复踏勘确定，尽量避免破坏植被。对植被难以生长的地段，在施工时采用逐段移植的方法，对自然条件稍好的地段，进行人工培植草皮。
2002年夏季，国家珍稀野生动物藏羚羊产仔迁徙时，施工单位主动停工为藏羚羊让道。为保障野生动物的正常生活、迁徙和繁衍，全线设计了33个野生动物通道，目前已全部建成，几乎所有国际主流动物通道模式在这里都可以看到。监测表明，今年大批藏羚羊顺利通过通道自由迁徙，已逐渐适应人工营造的迁徙环境。
国家环保总局等部门最近的调查表明，青藏铁路开工建设以来，青藏高原水环境一直处于良好的保持状态，生态环境未受明显影响。
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