何谓“世界城市”？不同的研究者对其有不同的理解和定义，迄今为止，世界城市（WordCity）最有影响的概念是1991年美国经济学家丝雅奇·沙森（SaskiaSassen）提出的：在社会、经济、文化或政治层面直接影响全球事务的城市。2009年，“全球化和世界城市研究小组”（GlobalizationandWorldCitiesStudyGroupandNetwork）从世界城市的功能和特征角度，划定了世界城市的13个基本特征，其中包括：具有庞大的人口规模、高密度的城市形态以及先进发达的交通运输系统。
在世界城市的形成及发展理论方面，地理经济学、新经济(310358,基金吧)地理学、城市经济学、发展经济学等相关学说都对世界城市的形成与发展做过基础研究，杜能、韦伯、克里斯塔勒、阿隆索、奥沙利文、胡佛等知名学者也在大城市和世界城市的形成发展研究方面，积累了丰厚的成果。其中区位理论、竞租理论、聚集经济理论等研究成果都能在一些方面解释世界城市的形成原因和条件。在世界城市演变过程中，非常值得关注的是区位理论，其中韦伯认为城市的形成与发展取决于城市是否具有最低的运输成本，如果有最低的运输成本，城市将会形成并继续聚集，因此他的区位理论又被称为“最小运输成本理论”。另外，城市经济学家奥沙利文也提出，城市形成与发展必须满足的条件之一是具有高效的交通运输体系。这些理论和学说对世界城市为何要大力发展公共交通，为何要注重构建以轨道交通为基础的交通网络做出了解释。
首先，庞大密集的人口规模需要大运量高密度的交通运输方式。降低运输成本，提高运输效率，是产生规模经济、促进城市发展的必备条件。在人员运输效率方面，时间价值的节约可以提升整个城市的运行效率并带来集聚效应。发展到今天，世界城市的人口规模已达到千万级别，东京大都市圈人口3500万、伦敦大都市圈人口1700万、纽约大都市圈人口2200万，北京2011年年末常住人口已达2018.6万人。庞大的人口数量带来庞大的出行需求，同时，大量的出行时间节约，可以提升城市运行效率，东京、伦敦、纽约三大世界城市就是主要通过轨道交通来满足日益增长的大运量出行需求。
韦伯曾指出：“判断一个地方是否具有区位优势，要看那里的生产成本是否最低，特别是能否将资源、产品的运费降到最低。”从技术对比角度解释，轨道交通将劳动力作为生产资料以最低运输成本的方式投入到生产过程，符合“最小运输成本理论”。随着人口增长，轨道交通网络越发达就越能发挥节约时间价值的优势，因此，大规模建设轨道交通成为世界城市提升城市区位优势、减少运输成本的主要手段。
北京地铁和轻轨的长度虽已跃居世界大城市第一位，但中心城区的轨道路网密度只有1.08km/km2，与纽约曼哈顿相差1.5倍，而东京中心城15公里半径内轨道线网密度达到1.12km/km2，巴黎城区同样面积内的轨道线网密度为2.2km/km2。另外，北京的市郊铁路只有一条，与世界城市动辄几千公里的市郊铁路网相比差距更大。
其次，有限的土地资源需要节省空间的交通运输方式。世界城市的土地价格昂贵、总量有限，而且一旦形成既有用途，改变用地性质的成本很高。我国正处于城镇化快速发展时期，城市土地供给总量受到控制，实际土地供给日趋减少。根据“纳什姆曲线”，城镇人口占全国总人口比例达到30%以上，该国城镇化进程及对土地需求将迎来快速增长阶段。基于我国城市土地粗放利用的现状，城市土地集约利用显得尤为重要，城市交通的发展也必须本着节约土地面积、提高土地利用效率的目标。比如在北京这样的特大城市，公共汽车和私家车的交通出行方式需要占用大面积的地面土地资源，而轨道交通能够最小限度地占用地面土地资源，对土地利用结构的影响也较少。
再次，高密度的城市形态需要高效疏散能力的交通方式。赫希曼和弗里德曼的“核心区”理论以及佩鲁的“增长极”理论验证了城市发展必然形成中心城区以及核心功能区的结果，这些地区的建筑密度、就业密度、单位面积产值、人口密度等都比其他地区更高，最典型的城市核心区是CBD，它是世界城市密度最高的地段。为了保证高密度功能区的有效运行，其交通网络应当是城市中最密集、站点最多、换乘枢纽最复杂的地段。大量研究表明，通勤时间价值一般为出行者每小时收入的30%～60%。更深入的研究表明，等车时间价值比乘车时间价值大，这反映了人们等车时的焦虑。而换乘时间价值更大，因为换乘时面临的随机因素更多，焦虑也更大。高密度功能区内由于地面交通具有人流、物流、车流的复杂交叉性，实现换乘的效率会由于交叉干扰以及地面建筑的影响而受到极大约束，因此，单一的地面公交换乘枢纽很难实现大容量的高效疏散和换乘能力。而地铁、轻轨、市郊铁路等轨道交通方式，能够在地下和地上空间较好地实现大容量交通流疏散和换乘功能。
最后，城市空间结构拓展需要导向性较强的交通方式。美国经济学家埃德加·M·胡佛研究经济活动区位时非常重视运费的影响。他认为交通运输条件的变化直接影响运费，进而影响到经济活动区位选择和产业布局变化，即运输成本的存在会影响城市空间布局。沃纳·巴特松在其提出的生长轴理论中，直接把交通运输与区域经济发展结合起来，强调了交通干线建设对区域经济发展的引导和促进作用。轨道交通可以降低运输费用，提高区域可达性，加速经济活动，形成新的有利区位和优良投资环境，产业和劳动力会受到轨道交通的吸引，向交通轴线积聚，促成产业带的形成和发展。
另外，从微观经济学角度思考，既有城市规模超过规模经济的临界点之后，会降低城市效率，因此城市的扩散与延伸也是必要的，会出现同心圆模式、扇形模式、多中心模式等类型的空间结构，不同的空间模式不仅取决于城市地理条件的约束，也受到政府的规划与引导作用。交通先行是政府作为引导城市空间结构发展的重要手段，这些交通方式中，最具有规模价值的交通方式当属轨道交通。
