初期車の製造から40年が経過した2016年時点では廃車はなく、下記のように2014年に救援車に改造された1編成3両を除き全車が営業運転に使用されていたが、2017年、新形式9000形の導入に伴い、同年3月31日をもって運用を離脱した5101編成を皮切りに、順次廃車が始まっている。5009編成が同年5月に廃車、さらに5103編成は2018年1月、8000形で最後の廃車となった8056号車が終わるとすぐに廃車処分が始まっている。
天神大牟田線および太宰府線全区間で終日普通列車として使用されるほか、平日の朝夕ラッシュ時には特急・急行にも使用されている。特急・急行の運行時には2本の編成を併結し7両または6両編成を組成して運転される。昼間の普通列車は4両編成であるが、朝夕ラッシュ時には7両または6両編成で運転される。また柳川車両基地への送り込みとして、平日の朝3本と土休日朝の普通柳川行き（筑紫で福岡（天神）発の当列車と車両交換）のみ3両編成で運転される。
1995年以降、製造後20年以上経過した車両について車体の更新工事が進められてきた。2001年（平成13年）以降は5121Fを皮切りに、座席背もたれ部分のバケット式化、1人あたりの座席横幅を450mmに拡大、車椅子スペース設置、スタンションポールの設置、運転台のない連結面への転落防止幌設置、車内の天井や壁の交換を主な内容とする室内のリニューアル工事が順次進められている。また天神大牟田線の最高速度引上げ（100km/h → 110km/h化）を前に、ブレーキの増圧・車輪形状の変更などの110km/h運転対応改造が進められ、2008年2月までに全車両で完了した。5123編成については900形911編成に改造されている（後述）。
台車は製造時期により異なるため後述する。制御方式は2000形と同型の抵抗制御を採用している。補助電源装置は大牟田方先頭車の床下に備えている。1982年（昭和57年）までに製造された21本は出力120kVAのCLG-350E電動発電機 (MG) を備えるが、1982年製の5122F（F=編成）で静止形インバータ (SIV) を試験的に採用し、翌1983年（昭和58年）以降に製造された19本はSIVを正式採用した。SIVについては、3両編成には出力90kVAのBS483-Aを、4両編成には出力110kVAのBS483-A2を設置している。集電装置は下枠交差式パンタグラフを採用し、中間車の5300番台車両の屋根上に設置している。MGを備える編成では大牟田方に1基のみ設置しているが、SIVを備える編成ではセクション通過時の離線（瞬間停電）を防ぐ必要があるため屋根上両端に2基設置している。
座席はすべてロングシートである。登場時は座席モケットの色は紺色であったが、1990年代中ごろから、3両編成をエメラルドグリーン、4両編成をローズピンクに変更された。その後、バケットシート改造に際して3両編成もローズピンクに変更された。冷房装置は集約分散式を屋根上に4基搭載する。運転室は高運転台構造で、主幹制御器は2000形とは異なり横軸式前後操作型を採用した。
演劇人の伊藤熹朔と千田是也（俳優座主宰）、作曲家の伊藤翁介は弟。俳優のジェリー伊藤は次男である。ニューヨーク時代に結婚した妻のヘラルド・ライトもダンサーで、長男のドナルド（40代で死去）とジェリーをもうけた。真珠湾攻撃勃発によりスパイ容疑で2年間収監されたことから妻と離婚し家族とは音信不通となったが、戦後ジェリーが海兵として来日し再会した。孫（ジェリーの子）は、兄妹デュオ「デビッド&ミシェル」として「菩提樹の丘」（1975年）で日本で歌手デビューした。ミシェルはその後ロスでTV制作者となった。姪（姉と古荘幹郎の娘）の古荘妙子はダンスの弟子で、道郎没後もダンススタジオを支え、伊藤道郎財団を設立した。
本節ではチャレンジリーグIとチャレンジリーグIIの入替戦について記述している。プレミアリーグとチャレンジリーグIの入替戦については、バレーボール2015/16Vプレミアリーグ#Vチャレンジ・マッチ（入替戦）を参照のこと。
この時代のボーナス当選告知には一部の機種でリーチ目が用いられたり、リールのスベリやスタート音の遅れなども存在したが、基本はホールに設置してあるパトランプの回転での察知が主であった（現在でもパトランプを設置するのはその頃の名残である）。そんな中、本機では通常は毎回いずれかの絵柄をテンパイさせる制御になっているが、ボーナスや引き込みの悪い小役が成立していた場合、それらを揃えられない所でストップボタンを押した時は、何もテンパイしていない出目=「ズレ目」にさせる制御に変化する。つまり「チャンス目」（形によりリーチ目を含む）であり、ボーナス成立の期待が持てる。当時、リーチ目搭載の機種においてもズレ目=ハズレ目であるものが殆どであり、小役ハズレの出目は重視されていなかったので、このズレ目によるボーナス察知はそれまでとは異色のものであった。以降ズレ目はオリンピアの特徴の一つになり、『ルパン三世』シリーズなどに搭載されている。ズレ目以外には順押し・逆押し時に小役が中段に揃うことでもリーチ目となった（チェリーについてはベル非同時成立時のみ）。また、通常時にテンパイさせる絵柄はボーナス（ビッグ・レギュラー）・15枚役・8枚役の順に優先されているので、これに矛盾したテンパイ形もリーチ目となる。