Stuttgart 21 ist ein System von 57 km weit verzweigten Tunnelröhren mit dem Tiefbahnhof in der Mitte, in den alle Röhren münden — offizielle Bezeichnung „Tunnelspinne“. Das ist viel komplexer als ein üblicher Eisenbahntunnel und führt zu viel höheren Risiken im Brandfall.
Gebaut wird nach dem Zwei-Röhren-Prinzip. Evakuierung und Rettung aus einem im Tunnel liegengebliebenen Zug müssen über die Gegenröhre erfolgen. Die Stuttgarter Feuerwehr geht von 20 Minuten bis zu ihrem Eintreffen am Brandort aus. Die Menschen im Tunnel sind deshalb ausschließlich auf Selbstrettung angewiesen.
Stand der Technik ist das Drei-Röhren-Prinzip (Eurotunnel, Zweite S-Bahn-Stammstrecke München): die dritte Röhre als sicherer Fluchtort und schneller Zugang für Feuerwehr und Rettungskräfte. Aus Kostengründen wurde bei Stuttgart 21 darauf verzichtet.
Bei Vollbrand vergehen bis zur völligen Verrauchung weniger als 10 Minuten. Die S21-Röhren haben aus Kostengründen einen kleineren Querschnitt als andere Bahntunnel, deshalb füllt der Rauch die Röhre schneller.