Händelsen ska ha inträffat mellan klockan 04.25 och 04.55 på torsdagen vid centralstationen i Kalmar.
Kvinnan, som är i 20-årsåldern, hade väskan med sig när hon anlände till Kalmar med tåg. När hon skulle kliva ombord på nästa tåg upptäckte hon att väskan var borta. I väskan fanns bland annat en mobiltelefon, parfym och smink. Det sammanlagda godsvärdet uppges vara 3 450 kronor.
Polisen har inlett en förundersökning om stöld utan inbrott och ska undersöka om händelsen fångats av övervakningskameror.