Anziehungspunkt für Groß und Klein ist die Modelleisenbahn in Spur H0, die mit ca. 80 Quadratmeter Anlagenfläche zu den großen in Deutschland zählt. Jeden Sonntag ziehen mehr als 25 Züge (vom ICE bis zum kleinen Lokalbahnzug) auf der in den 60er-Jahren gebauten Anlage ihre Runden. Die Züge fahren vom großen Hauptbahnhof mit 14 Gleisen auf 6 verschiedenen Strecken mit einer Länge von jeweils bis zu 50 m. Eigene Bahnen (Gleichstrom) können mitgebracht werden!
Eine Rarität ist die umfangreiche Sammlung von Eisenbahnen und Zubehör in Spur I aus dem Nachlass von Dr. Ernst Budde aus Bonn. Die von der Witwe dem Verkehrsmuseum als Dauerleihgabe überlassenen Stücke zeigen die Welt der Blech-Eisenbahnen (überwiegend von Märklin, einige von Bing) beginnend etwa ab 1895 bis zum Ende der Produktion kurz vor Beginn des 2. Weltkrieges. Daher spannt sich der Bogen von Lokomotiven mit Uhrwerk-Antrieb über Echtdampf-Lokomotiven bis zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Zu den besonderen Attraktionen zählen bei den Besuchern der Schienen-Zeppelin und der Fliegende Hamburger, die bei den zu festen Zeiten angebotenen Vorführungen zum Einsatz kommen.
Unikate sind die Modelle des ersten badischen Zuges und badischer Lokomotiven im Maßstab 1 : 10. Die Vorbilder der Lokomotiven wurden größtenteils in Baden oder dem nahen Elsass gebaut (Werkstatt Kessler und Martiensen, Maschinenfabrik bzw. Maschinenbaugesellschaft Karlsruhe), waren aber in allen Fällen auf der Badischen Staatsbahn im Einsatz. Die Modelle wurden nach Originalplänen in den Jahren 1910 bis 1914 in der Lehrlingswerkstatt des damaligen Ausbesserungswerkes Karlsruhe der Badischen Staatsbahnen gebaut und waren 1924 vor der Verschmelzung der Länderbahnen zur Deutschen Reichsbahn-Gesellschaft (DRG) dem von Prof. Amman gegründeten Verkehrsmuseum der TH Karlsruhe übergeben worden. Bis auf eine Ausnahme ist keine der Vorbildmaschinen mehr im Original vorhanden. Selbst Konstruktionszeichnungen existieren von einigen Maschinen nicht mehr, so dass die Modelle das einzige Anschauungsmaterial einer etwa 70-jährigen Entwicklungsgeschichte des badischen Lokomotivbaus darstellen.