事業用の車両を含め、現在在籍するすべての系列は電車である。各系列の在籍期間、車両数、運用などについては、それぞれの記事を参照されたい。前述のように、現在車両の塗装変更が進んでいる。乗客の増加とともに、1編成当たりの車両数を徐々に増やし、準大手私鉄時代末期には8両編成以上の列車編成となり、大手私鉄昇格時には既に編成単独（ここで言う「単独」とは他の編成と連結して長編成としていない貫通編成という意味で称したものである）での6両編成を所有していなかった（大手私鉄ではその後2003年に京阪が、さらにその後2017年に西鉄でも編成単独の6両編成を廃止し、現在の大手私鉄では相鉄・京阪・西鉄の3社のみが、編成単独での6両編成の車両を有していない状況であるが、西鉄では2 - 3編成を連結した6両編成での運用は存在している）。また、1980年代前半からは10両編成を中心に製造してきたが、近年は利用者の減少などで2002年の10000系20両以来中断されていた。しかし、JR直通を意識して2009年に登場した11000系では、再び10両編成車の製造が行われている。なお、20000系の量産車では東急目黒線（および三田線・南北線）などに直通対応の8両編成と東急東横線直通対応の10両編成を製造する計画である。かつては相模川の砂利やセメント輸送、在日米軍基地の貨物輸送を行っていた関係で、貨車や電気機関車も在籍していた。ただし、多くの貨車は私有貨車であったために、相模鉄道として所有するものは少ない。また、前述のように近年の車両は走行設備が特殊な車両が多く、地方私鉄への譲渡車両は30年以上全く出ていない状況が続いている。
自社で車両を新造するようになってからは、上記の技術的特徴や、大手私鉄で最も大きい車両限界等を理由に、地方の私鉄や日本国外への車両払い下げ自体が敬遠されている。1970年代に伊豆箱根鉄道へ旧型車2000系の車体を転出（150形、事業用として1両が残存→「伊豆箱根鉄道モハ151形電車」を参照）した以降は、転出や譲渡の例がない。過去には、地方私鉄で使いやすい車両が揃っていて、比較的コンスタントに譲渡車があった。旧相模鉄道・神中鉄道時代の車両も含めると、電車から気動車、客車、果てはSLや貨車に至るまで100両ほどあり、譲渡先からの再転出分も含めるとほぼ日本全国で足跡を残している。
一時期は他社車両をベースとした車両のみを導入していた相鉄だが、2018年（平成30年）より導入の20000系電車では、「デザインブランドアッププロジェクト」のコンセプトを反映することと、東急目黒線に乗り入れする各者によって制定された直通車両規格である「相互直通運転における目黒線・南北線・三田線・埼玉高速鉄道線との直通車両申し合わせ事項」に準拠させる目的から、再び一部に独自の仕様を取り入れることとなった。これまでの通勤車両では見られない斬新なデザインを取り入れ、かつての相鉄車両で特徴的な車内の鏡も復活する。
このように特殊な設備が多かった相鉄の車両であるが、2002年（平成14年）に導入された10000系電車は、思想を180度方針転換したものとなった。この車両は大手私鉄では一般的な「車両はオーダーメイド」という慣習には沿わず、他の鉄道事業者が既に運行している車両を基に設計したもの、つまりレディ・メイドのものを細かい部分のみ、自社向けにアレンジして導入したものである。これは最新技術を低コストで導入する方法としては一般的な方法だが、自社開発を基本とする当時の大手私鉄はもとより、日本ではあまり例のないことであった。この相鉄の動きを契機に「通勤・近郊電車の標準仕様ガイドライン」が制定され、日本の他の鉄道事業者にも影響を与えた。
2010-2011シーズンよりシニアのグランプリシリーズに参戦。NHK杯ではショートプログラムで2位につけるも、フリースケーティングはジャンプで3度転倒するなどして5位、総合3位となった。2戦目のスケートアメリカではSP、フリーともに2位とで総合優勝。グランプリファイナルでは、2位と0.01ポイント差の3位（日本人最高位）に入った。全日本選手権では安藤美姫、浅田真央に次ぐ3位となり、自身初めてとなる世界選手権の代表に選出された。当初日本の東京で予定された2011年世界選手権は開催前の東日本大震災で中止・約1か月延期され、ロシアのモスクワで代替開催となった。その自身初出場の世界選手権ではSPで出遅れ10位、フリーで7位となるも総合8位に留まった。2011-2012シーズンは新たに3回転フリップ-3回転トウループのコンビネーションを取り入れた構成に挑むも、グランプリシリーズでは中国杯6位、エリック杯4位と成績が振るわずGPファイナル出場を逃した。全日本選手権では、ショートプログラムで1位になるものの、フリースケーティングではステップの途中で転倒してしまうなどミスが目立ち、総合3位に終わった。四大陸選手権は、標高2,000m近くのコロラドスプリングスで開催された影響もあってか、体調不良のアクシデントもあり総合4位に留まる。2年連続2回目の出場となる世界選手権（フランス・ニース）は、SPでほぼノーミスの演技で2位の好発進だったが、フリーでは3回転フリップが両足着氷やアクセルジャンプが2度共1回転半になるなど失敗が重なり5位、総合順位も5位に下がりメダル獲得はならなかった。初出場の世界国別対抗戦ではSPでパーソナルベストをマークし3位につけたが、フリーではミスが続いて8位で自身の成績は総合6位に終わるも、日本代表としては総合優勝を果たした。2012-2013シーズンでは、ショートプログラムでも、今までフリースケーティングで行われていた後半基礎点が1.1倍になる制度が導入され、ステップから入り後半にジャンプを固める珍しい構成のプログラムに挑戦。シーズン前半はミスが目立ったが後半は安定した演技を見せ、全日本選手権は2位、四大陸選手権3位に入る。世界選手権（カナダ・ロンドン）では、結果同大会自身最高順位となる総合4位に入り、翌2014年のソチオリンピック女子シングル日本代表は、浅田真央の3位との成績で最大の「3枠」を確保した。