東京メトロ有楽町線
運行形態
和光市駅から東武東上線を経由して川越市駅（朝夕は森林公園駅、土休日朝の副都心線直通一部列車のみ小川町駅）まで、小竹向原駅からは西武有楽町線経由池袋線直通で小手指駅（朝・夕の一部列車は飯能駅）までそれぞれ相互乗り入れを行っている。
有楽町線のみの運行となる列車や東武東上線直通列車は全区間各駅停車で運行されているが、西武池袋線直通列車にはラッシュ時を中心に西武線内を準急・快速・快速急行として運行する列車があり、この場合は小竹向原駅で種別変更を行う。また後述するように2017年3月25日から有料指定列車「S-TRAIN」が運転開始された。有楽町線へは平日ダイヤのみ乗り入れ、所沢駅 - 豊洲駅間で朝に豊洲行き2本・夕方以降に所沢行きを5本運転している。有楽町線内の途中停車駅は飯田橋駅・有楽町駅の2駅で、豊洲行は降車専用、所沢行は乗車専用となり、西武線内のみや有楽町線内のみの利用は不可能である。
和光市駅 - 小竹向原駅間は副都心線と線路・駅施設を共有し、新木場駅発着（平日朝の一部は豊洲駅発着）の列車と渋谷方面（東急東横線・みなとみらい線直通の元町・中華街駅発着：一部は武蔵小杉駅・元住吉駅・菊名駅・横浜駅発着）の列車がともに運行されている。
副都心線との共用区間である和光市 - 小竹向原間では10両編成と8両編成の列車で運行されているが、小竹向原 - 新木場間はすべて10両編成の列車で運行されている。
平日朝のラッシュ時の池袋方面では数多くの列車が運行され、小竹向原駅で新木場方面と渋谷方面に振り分けられている。
その他、野球や花火大会などのイベント開催時に運転される臨時列車がある（詳細は「臨時列車」の項を参照）。特に、埼玉西武ライオンズ主催試合など西武ドームでのイベント開催日には西武有楽町線・池袋線西所沢駅経由狭山線西武球場前行が運転され、東京都心および湾岸地区から西武ドームまで乗り換えなしで移動することができる。また、かつては年間30日程度、小田急線直通の臨時特急が運転されていた（詳細は「特急ロマンスカー「ベイリゾート」」の項を参照）。
運用番号の末尾は、東京地下鉄車がS、東武車がT、西武車がM（、副都心線直通の東急車と横浜高速車はK）である。東武車は西武の路線に入線できず、西武車は東武の路線に入線できない。副都心線・東横線・みなとみらい線の10両編成列車と共通運用で、東京地下鉄車はもちろん、東武車と西武車にも有楽町線のみの運用があり、西武車が和光市駅まで乗り入れることがある。東京地下鉄車の一部運用には東武東上線川越市方面および和光市発の列車が、新木場折り返し後に西武池袋線石神井公園方面行の列車となる運用もあり、その逆の運用もある。一方、有楽町線新木場発の列車が和光市・東上線川越市方面・池袋線石神井公園方面で折り返して副都心線・東急東横線・みなとみらい線元町・中華街方面行となる運用もあり（10両編成のホーム有効長の関係上、少なくとも東横線・みなとみらい線内は急行以上の種別）、その逆の運用もある。運用番号は東京地下鉄車(21S - 95S)は奇数（ただし、平日ラッシュ時に一部の列車に偶数番号での運用がある。/48S、52S）、東武車(01T - 23T)と西武車（02M - 40M及びS-TRAINに充当される40000系限定の50M - ）の偶数がある。またダイヤ乱れの際には東急車10両編成が東京地下鉄車・東武車・西武車の運用として臨時に乗り入れる場合がある。
各駅停車
東京地下鉄線内の各駅に停車する種別。駅の案内板では小竹向原駅 - 和光市駅の各駅をのぞいて種別表示はされず、行き先のみの表示となる。後述の準急廃止後も、副都心線の急行に対しての「各駅停車」の一つの系統としてこの種別の表現は残されている。
有楽町線・西武池袋線内の種別表示は通常各停である。東上線内では普通として案内されるが、一部各停表示のまま運行することもある。
西武池袋線内は各停以外に小竹向原駅で種別を変更して快速・準急・快速急行として運行するものがある。かつてはこれらの列車が新木場駅から西武池袋線内の種別を案内していた（正確には各停は西武有楽町線小竹向原駅から普通であった）。一方新木場方面行は西武有楽町線練馬駅から全列車が各駅に停車するため、練馬駅から普通・小竹向原駅から各停として案内されていた。
S-TRAIN
2017年3月27日より平日の通勤時間帯に運行を開始した座席指定列車。豊洲駅発着で全列車が西武有楽町線・池袋線に直通する。乗車には座席指定券が必要で、途中飯田橋駅・有楽町駅にのみ停車する（池袋駅も通過。なお乗務員交代のため小竹向原駅に運転停車する）が、各駅とも朝は降車のみ・夕方は乗車のみの扱いとなり有楽町線内のみの利用は出来ない。有楽町線内で通過駅の設定がある種別としては2010年に廃止になった準急以来となる。
なお、土休日は副都心線・東急東横線・みなとみらい線直通（元町・中華街駅発着）となり、有楽町線には乗り入れない。また、座席指定列車のS-TRAINに限り、座席指定券の確認などを行うことから車掌が乗務しているため、ワンマン運転の対象外である。
副都心線の列車
副都心線開業後、当路線の和光市駅 - 小竹向原駅間は副都心線との共用区間となっている。この区間には副都心線の各駅停車・通勤急行・急行も運転されている。詳しくは「副都心線」を参照。
特急ロマンスカー「ベイリゾート」
小田急電鉄所属の60000形「MSE」により小田急線と千代田線を直通する特急ロマンスカーの一部を、「ベイリゾート」として年間30日程度、千代田線北千住駅から当路線の新木場駅に行き先・始発駅を変更して運転していた。
有楽町線桜田門駅と千代田線霞ケ関駅間を結ぶ連絡線（詳しくは後述）を経由し、霞ケ関駅で方向転換を行う。有楽町線内では豊洲駅と新木場駅のみに停車する。
有楽町線・副都心線のホームドアに対応できないことから、ホームドア設置工事の進捗に伴い、2011年10月以降運行を休止していたが、2012年3月17日のダイヤ改正で運行中止となった。公式には廃止とはされていないものの、運転再開については未定である。なお、小田急ロマンスカー車内で発券する｢車内補充券｣からは、2016年の改訂版より「ベイリゾート」の欄と、｢豊洲｣、｢新木場｣の欄が削除された。
準急
相互乗り入れ先での種別ということではなく、有楽町線内で通過駅のある列車としては初めて設定された種別。2008年6月14日のダイヤ改正で、平日の昼間と、土休日の早朝・深夜をのぞく時間帯に設定された。併走区間がある副都心線急行・通勤急行とともに、東京の地下鉄での料金不要の優等列車の運転は、東西線快速、都営新宿線急行、都営浅草線エアポート快特に次いで4例目であった。
停車駅は和光市、小竹向原、池袋 - 新木場間の各駅であった。
イメージカラーは黄緑。
設定当初は東武東上線および西武線との相互直通運転をする列車も存在した。運転本数は新木場方面は毎時3本（和光市発2本、小手指発1本）、和光市・東上線・西武線方面は毎時4本（和光市行きまたは川越市行き2本、小手指行き2本）で、土休日ダイヤでは21時頃まで運転され、平日で往復22本（土休日は往復44本）が運行されていた。しかし、同年11月29日のダイヤ改正で平日・土休日ダイヤとも日中のみ、両方向とも毎時2本（1日あたり10往復）に大幅減便した上ですべての準急が和光市 - 新木場間の線内運転のみとなり、東武東上線・西武線直通準急や夕方以降の準急はすべて各駅停車に格下げされた。さらに、準急の運行によって要町駅・千川駅では停車列車の本数・乗客の利用機会が減少したため、2駅が所在する豊島区議会は準急全廃を求める意見書を出していた。こうした意見を受け、東京メトロは2010年3月6日のダイヤ改正で準急を廃止することを発表し、有楽町線の準急は登場から2年足らずで姿を消した。
東上線直通の準急は和光市駅で「普通」に種別変更の上、東上線内を普通列車として運行していた（東上線準急と停車駅が変わらないので、7000系の一部車両は「準急」のまま走らせる場合もあった。また、東武車両のフルカラーLED表示は有楽町線準急が緑色、東上線準急が青色であった）。ただし、東上線直通の準急は本数が少なく、平日は新木場→川越市の片道1本が運転されるのみ、土休日も朝の川越市→新木場の3本と夕方以降の5往復が運転されるのみで、土休日に1本森林公園行きがある以外はすべて川越市発着であった。一方、西武線直通の準急は西武線内でも「準急」として運行するものと、小竹向原で「各停」「快速」に種別変更を行うものがあった。また、西武線直通の準急は小手指発着を中心に本数が多く、一部列車は清瀬発着・飯能発着として運行されていた。
なお、有楽町線の準急が廃止された後も、前述の副都心線の急行（Fライナー含む）が和光市、小竹向原、池袋と停まる速達列車として存続している。
車両
現在の車両はすべて副都心線と共通であり、小竹向原以東は原則として10両編成の東京地下鉄車・西武車・東武車のみが入線するが、和光市 - 小竹向原間および並走区間である小竹向原 - 池袋間の副都心線の線路には8両編成の東京地下鉄車および東急車・横浜高速車も入線する。
乗り入れ車両
小竹向原 - 新木場間に乗り入れる車両を挙げる。
臨時列車
沿線でのイベントなどで臨時列車が運行されることがある。連絡線を介して運行されることが多いが、中には乗り入れ路線発着とした列車が運行される。
下記のほかにも、2004年9月に新木場検車区（現・和光検車区新木場分室）撮影会への臨時列車（千代田線06系・6000系、南北線9000系を使用）や、10月に開業30周年記念列車を運転したことがある。
路線名
有楽町線の名称は、1973年（昭和48年）11月1日から12月15日までの期間で、公募が行なわれ、30,591通の応募があり、2,519種類の路線名が提案された。
その時の得票数第1位は「麹町線」であった。しかし、「麹」の漢字が常用漢字でないため難しく、親しみにくいということと、2位「有楽町線」・5位「有楽線」の合計得票数が「麹町線」を上回っていたことから、「有楽町線」が選ばれた。
応募の中には「カンガルー線」（有楽町・池袋→有袋類の連想で）というものもあったという。
都市高速鉄道8号線延伸構想
豊洲駅で有楽町線から分岐して東武野田線野田市駅まで8号線を延伸する構想がある。実際、営団地下鉄は1982年（昭和57年）1月29日に豊洲 - 亀有間 (14.7km) の鉄道事業免許を申請している。1985年（昭和60年）の運輸政策審議会答申第7号において、8号線は、豊洲から北へ分岐する線が住吉 - 四ツ木間で11号線と線路を共用し常磐線亀有駅へ至る路線に変更されており、豊洲駅と半蔵門線住吉駅は線路が分岐できるよう2面4線の構造で建設されている。
沿線自治体となる江東区・墨田区・葛飾区・松戸市の3区1市（及び東京都・千葉県の1都1県）は1986年（昭和61年）に「地下鉄8・11号線促進連絡協議会」を組織し、2007年・2008年（平成19年・平成20年）に実施した調査の結果、同協議会が推進する8号線・11号線の延伸計画のうち、豊洲駅 - 住吉駅間（約5.2km）からの段階的な整備を要望する方針を示し、早期事業化を目指した活動が行われている。うち、江東区（当該先行区間唯一の沿線自治体）は地下鉄8号線の建設および関連付帯設備に要する経費に充てるためとして、「（仮称）江東区地下鉄8号線建設基金」を設置し、平成22年度（2010年度）予算に5億円を計上した。また、豊洲市場を受け入れる条件にもなっているとして東京都などに早期の延伸実現を強く求めている。
ただし、東京地下鉄は平成21年（2009年度）3月期の有価証券報告書において申請時から事業環境の変化を理由に「整備主体となることは極めて困難」と事業化に消極的な態度を表明しており、東京地下鉄を事業主体とした整備は難しい状況である。
江東区は2011年7月に第三セクターを設立して整備を担い、運営を行う上下分離方式で整備し、豊洲 - 東陽町間、東陽町 - 住吉間に新駅を建設する計画案をまとめた。2012年8月現在、江東区・東京都・東京メトロなどと検討委員会を作り協議中で、2015年度までの着工を目指している。
答申にはないが、さらに八潮駅（つくばエクスプレス）・越谷レイクタウン駅（武蔵野線）を経由する形での延伸も検討されている。現在のところ構想段階であり、運輸政策審議会答申第18号では「2015年までに整備着手することが適当である路線」と位置付けられたが、延伸決定はなされていない。