Шпалы в нашем понимании появились уже тогда, когда стали использовать вагонетки для перевозки руды — в 14 веке. Рельсы и лежни-жерди были деревянными. Такая дорога быстро изнашивалась, пробовали оковывать железом, но получить приемлемый результат не удалось, и рельсы стали делать чугунные, а крепить их стали к шпалам
С изобретением паровоза вопрос безопасного движения по рельсам стал первостепенным. Большие затраты на постройку железной дороги предполагали и большую отдачу, а этого можно было достичь надёжностью и большим сроком эксплуатации ж/д полотна. Не последняя роль здесь отводилась качеству шпал, и при постройке ж/д Ливерпуль — Манчестер стали использовать каменные шпалы.
Описывать недостатки каменных шпал не имеет смысла, они все на виду.
Устойчивость ж/д пути можно было обеспечить только надёжным креплением рельс к шпалам, и пришла пора применять железные шпалы. Однако их цена «кусалась», подбивка производилась с затруднением из-за профиля шпал. Из недостатков следует упомянуть и повышенную шумность. Но всё-таки они хоть и ограниченно, но применялись повсеместно и в настоящее время, несмотря на их «кусачие» цены, применяются в горячих производствах, например там, где по ж/д перевозят расплавленный металл (литейное производство).
Пришла очередь железобетонных шпал, их стали применять ещё в 1903 году, а для облегчения веса в них стали делать сквозные цилиндрические отверстия, но технология не прижилась. Ведь преднапряжённый железобетон только набирал популярность, а без него такие шпалы были обречены на неудачу.
Пробовали применять составные шпалы из древесины, но их срок службы был в несколько раз ниже цельной деревянной шпалы, и там, где они были для опыта уложены, пришлось их заменять через 3–4 года. Опыты проводятся, пока приемлемые результаты только ожидаются.
Проводились опыты с составными шпалами, состоящими из нескольких слоёв и размещённых между слоями стальной арматуры (сетки).
Пластмассовые шпалы, которые пробуют укладывать в рельсошпальную решётку в некоторых странах, ещё не нашли всеобщего признания, но они подкупают дешевизной, технологией изготовления, пластичностью, устойчивостью к гниению, а также тем, что на их производство идёт пластмассовый мусор, которого с каждым годом становится всё больше и больше, — своего рода безотходная технология. Но в связи с этим стоит отметить, что отходов пока много потому, что нет их интенсивной переработки, а если все шпалы в мире перевести на изготовление из отходов, то их окажется очень мало и резко возрастёт цена. К недостаткам следует отнести и применение их по климатическим условиям.