全線おおむね7 - 8分間隔での運転である。このうち15分間隔で空港線の姪浜駅・西新駅・天神駅方面と直通運転を行う（昼間時は西新まで、朝・夕方以降は姪浜まで。福岡空港方面からの列車とは異なり、JR筑肥線へは乗り入れない）。また、貝塚駅では西鉄貝塚線の電車と2 - 3分で接続している。しかし乗り換えの抵抗や時間のロスなどから改札に近い貝塚寄りの車両が混雑するといった問題もある。基本運用パターンは、中洲川端駅→貝塚駅→姪浜駅（昼間は西新駅）→貝塚駅→中洲川端駅の繰り返しとなる。台風などの災害発生時は、馬出九大病院前駅 - 貝塚駅間は運休になる場合がある。空港線との直通列車は西鉄貝塚線との接続を受けることや、天神へ乗り換えなしで行けることから、線内折り返し運転列車に比べ利用者が多い。一部列車が天神駅の1つ手前の中洲川端駅折り返しであることで、天神駅利用者から乗り換えの不便さを指摘されている。箱崎線の全駅のホームは島式ホームに統一されている。
貝塚駅で接続する西鉄貝塚線とは、箱崎線建設検討前の1971年（昭和46年）3月11日答申の都市交通審議会答申第12号『福岡市及び北九州市を中心とする北部九州都市圏における旅客輸送力の整備増強に関する基本的計画について』において「都心部から箱崎方面に至る路線を新設し、西鉄宮地岳線（現・貝塚線）との直通運転について検討が必要」と明記されており、建設の時点から念頭に置かれていた。2007年、「福岡都市交通問題協議会」において、福岡市と西日本鉄道（西鉄）が相互直通運転の実現に向けて検討を行うことで合意。箱崎線と西鉄宮地岳線（現・貝塚線）貝塚駅 - 西鉄香椎駅間の直通運転を行う前提で検討を行い、2010年には福岡市によって、三苫駅 - 空港線天神駅間で交通局と西鉄が直通運転を行い、車両数を3両編成とする新たな直通検討案がまとめられた。しかし、箱崎線の輸送力が低下するほか、西鉄・福岡市双方に多額の初期設備投資が必要となる（宮地岳線各駅の3両対応化及びレール改良、天神駅での折り返し設備新設など）ことから、施設改良に多額の無償資金を投入する必要があり、事業化に向けては、無償資金の調達方法、需要喚起方策、運行経費の低減化などが課題とされ、市では全体の事業費を精査し、採算性を検討するとしたものの、実現に向けての動きは停滞状態となっていた。2018年1月に行われた福岡市の交通対策特別委員会で、貝塚線内を西鉄が新造する2両編成の車両で運行し、箱崎線内では福岡市交通局が新造する4両編成の車両と併結し、6両編成で運行する新案が発表された。これにより、天神以西への乗り入れ、両線の輸送力の維持が可能となり、設備投資も従来案を下回るという。
客室内は天井・側面・妻面など白色系の化粧板で明るくまとめられている。袖仕切、連結面貫通扉はうすい紫色の化粧板である。床敷物は石畳をイメージしたグレーの色調である。天井には全長に渡り冷房用ダクト、吹出口が設置してあり、中央に各車7台ラインデリアが設けられている。冷房装置は三菱電機製の能力48.84kW（42,000kcal/h）の集中式（CU-713形・稼働率制御方式 (ON/OFF制御方式) ）を搭載している。火災対策強化を目的に、ラインデリア整風板の原材料はアルミ製にて選定し、製造取り付けされた。座席は1人の掛け幅が450mmであり、形状はバケットシートではなく平板なもので 、モケット柄は埼玉県の花であるサクラソウをイメージしたピンク色とし、1人あたりの着席区分ごとにサクラソウの花びらのアクセントが入っている。また、優先席のデザインは同柄の水色で、設置箇所は通路から見て左右配置ではなく、左右どちらかの片方配置（各車端に千鳥配置で設けている）になっている。また、2009年から2012年にかけて座席モケットが張替えられた。側窓は車端部・車体中央部が固定窓、それ以外の2枚に分割された窓は開閉可能な下降窓構造である。いずれも透過率41%のグレーに着色された熱線吸収ガラスを使用しており、ロール式カーテンの設置を省略している。客用ドアは室内側もステンレスのヘアライン仕上げであり、淡灰色の単板ガラスを接着する（接着式もしくはボンディング式）ことで取り付けてある。この形状は東日本旅客鉄道（JR東日本）209系などの客用ドアと同じ方式である。9000系の車内客用ドアの戸袋部にあった戸閉検知センサーはドアの窓ガラスが接着式であり引き込まれることがない件と製造関連費用の削減を図る件が理由で当形式では省略された。車内のドア上部にはドアチャイム内蔵形のLED2段表示式旅客案内表示器が千鳥配置で設置されている 。2006年からは逆に千鳥配置で案内表示器のないドア上に順次液晶ディスプレイを取り付け、「SaiNet Vision」として放映されている。つり革は全て白色で、形状は三角形である。ワンマン運転用に自動放送装置や車外スピーカーの設置や対話式の非常通報器が各車4台設けられている。自動放送・旅客案内表示器には異常時用にメニュー機能が組み込まれており、TIS（下記に記述）からの簡単な操作で乗客に案内ができるようにされている。車椅子スペースは2号車と5号車に設けられている。連結面貫通扉は下方まで拡大されたガラスであり、基本的に片側のみの設置であるが簡易運転台設置部は両側設置となる。