好久没写铁路类的回答。
首先，当列车抵达本车次终点、旅客下空后，车底的去向一般会有两种情况：（一）继续担当其他车次 （二）不再担当旅客运输任务，于车站或其他地点暂存车底。
同时有几点前提需要明确一下，当然大家也都能很好理解：
① 铁路机车和动车组作为机电设备虽然远远比人耐操的多，但考虑到列车的卫生清洁、机械结构和设备健康状况、车用消耗品补给等因素，列车并不能24×365连轴转，需要定期在列车结束运营任务后进行整备和检查维修。为此，铁路部门针对机车车辆及动车组制定了详细的运用规程和检修项目。
② 以多数城际铁路和高铁线路为例，线路上运行的车次数目是要远多于线路上奔跑的“车底”数量的，因此，会有一些动车组会在一天中担当多趟列车车次，即“套跑”。以京津城际铁路为例为例，列车单程仅需30分钟，因此会有在一天之中见到同一组动车组车底很多次。在普速铁路中，同样存在套跑的现象。在京津城际2018年的运用中，最多的一组车可以在一天中担当17趟列车。
③ 对于绝大多数火车站而言，每天接发的列车对数要远远多于站台的数目，因此站台和股道是很多车站里极为紧张的一种资源，除了夜间和天窗等时段或欠繁忙的小站外，要尽可能减少列车的站台占用时间以提高车站接发车能力。
（一）继续担当其他车次
①折返担当原区间/方向车次。
我们以往返包头-北京西站的绕路神车K1115/6/7/8（此为一对列车）为例，k1116(7)次列车于11:45分终到北京西站，在站台上停留1小时07分，车次变更为k1115(8)，12:52满载旅客再次开往包头方向(旅客：咦我怎么离包头越来越远)。由于是呼局车，列车在北京西站采取立折方式，不入段内停放；列车抵达包头后，再行入段(所)检修停放。
以石家庄-秦皇岛区间的一组动车组为例，列车在11:59分抵达秦皇岛站，停靠仅26分后就返回石家庄站。动车组列车无需机车换挂，仅需司机换端操纵，乘降效率较普速列车也较高，因此能够实现较短时间的折返。
但同时，也有很多夕发朝至的列车，在抵达终点站后入段停放一天，傍晚发车前再回到站台上迎接旅客。考虑到这样的停放造成了车底利用率较为低下，因此很多路局使用这些车底在白天进行“套跑”，担当其他方向和线路的短途旅客列车，以减少车底资源的浪费。
②套跑不固定车次(区段)列车
以原北京-杭州的知名特快列车T31/32次蛋蛋之星(误)列车为例，在T32次列车上午抵达北京站后，将电力机车换挂为内燃机车并变更车次，担当北京-怀柔(北)的管内旅客列车。待下午返回北京站后，再担当T31次列车返回杭州。这样一来，既免去了车底占用车辆段股道资源，也满足了郊区人民的出行需求（当然根本原因还是想把车底放出去）。
相比于普速机-辆模式，得益于其高速度和动车组无需换挂、车底整备工作量较小等原因，很多动车组的车底运用效率要高很多，运用方式也更为灵活。
（二）不再担当旅客运输任务
当列车结束运营任务后，机车-车辆模式的列车将由机车或内燃调车机牵引至存车线或其他车站存放；动车组列车由于具备牵引设备，则一般自走行至动车段（所）等地点。一般情况下，结束运行后的车底将编为0XXXX的车次用以标识。如G90(成都东-北京西)次列车深夜22点52分，抵达北京西站，待旅客下空后车次号变为0G89，返回北京动车段。而第二天的G89(北京西-成都东)的车底则首先以0G90的车次走行至北京西站。
①于车辆段、客整所和动车段(所)等地暂存及检修
动车段(所)和（客车）车辆段是动车组和客车车底集中存放和检修的地方，以北京铁路枢纽为例，就设有北京车辆段位于东、西两边的两个车间（场地中还包含北京动车段下辖北京动车运用所、北京西动车运用所），以及北京动车段(下辖多个运用车间)；今后为了满足京张城际和京沈高铁的运用需求还将在清河和环铁内新建两座动车运用所。
如京沪高铁北京-上海、京广高铁北京-珠三角、北京-昆明方向开行的卧铺动车组，大部分需要在早上抵达北京后回到段内进行检查维修，并等待至发车前一小时左右走行至车站。
②于原车站停放
许多机场夜间会停放有过夜飞机，但由于一般车站不具备整备能力，因此动车组车底需要在夜间回到动车所(段)内。但一些车站不具备存车线，且附近没有客整所或动车所，为了满足开行早间始发车的需求，铁路部门便安排列车在晚间结束运营任务后停靠在车站内的股道上。
图中的西延线动车和玉林站动车在深夜抵达终点站延安/玉林后，但考虑到终点站附近又不具备存车线，回到西安/南宁停放整备既不具备经济性，又难以保证早间动车的开性需求，因此安排在终点站进行过夜。其中这组南宁东-玉林动车就是典型的固定区间套跑的动车组列车，而这组西延动车则在一天中走过了西延线和西成客专，套跑了多组不同区间的列车。
对于一组动车车底而言，从图中可以看到其在两天中只有一天在延安/玉林过夜，而另一个晚上则回到了西安/南宁，且没有在车站内过夜。出于铁路运用维修规程的原因，列车仍需要定期回到动车段(所)进行检修整备。
③外放至其他车站
对于繁忙如北京的铁路枢纽而言，车辆段、客整所的存车股道资源也是极为紧张的。在这种情况下，铁路部门将一些日常客货运业务稀少、股道资源富余的小站内的股道用来存放车底。
列车抵达北京站后，原本务机车摘除，由内燃机车将其牵引至车站内停放，而该机车则回到站段内。当列车发车前，机车又将至 站将车底牵引回车站内，等待旅客上车。
虽然北京拥有东西两大客车车辆检修存放场地，但面对大量的始发终到列车，现有的场地依然难以满足需求，于是北京局便将车底（外局车）空驶外放至其他车站。如京广线的良乡、琉璃河站，东北环线的望京、星火、黄土店站，沙通线的怀柔北站，京承线的牛栏山站，京九线李营站、西枣林站，京秦线的通州、燕郊等很多车站，都（曾）作为旅客列车车底的外放场所。
▇ 参考素材：
《北京动车段场站布局总体设计研究》，伍东。
《铁路运输组织学》，杨浩。
▇ 注：以上运行图数据截至今年3月份调图，列车车底交路信息均来自网站“中国动车组”—交路查询页面，不作任何乘车参考。
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：西直门折返段
【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。
点击下载
此问题还有 17 个回答，查看全部。
延伸阅读：
为什么火车会停在半路不进站？