Kvinnan attackerades av en man vid St Denys station i Southampton strax efter 00:00 BST.
Hampshire Constabulary sa att hennes angripare flydde från platsen i ett fordon och har vädjat om vittnen.
Den gripna 18-åringen hålls misstänkt för våldtäkt och mordförsök och hålls kvar i häktet.
En man har arresterats för "våldtäkt" och våldtäkt av en kvinna på en järnvägsstation parkeringsplats, har polisen sagt.