ほくほく線内の列車に乗務する乗務員は、全列車とも、JR東日本の区間も含めて北越急行の運転士が担当する。ただし2015年3月13日まで運行されていた特急列車では、境界駅の犀潟駅・六日町駅に停車しない関係で（六日町駅は一部の列車が停車）2012年時点では運転士・車掌ともにJR東日本直江津運輸区が担当していた。なお、開業当初から2004年3月ダイヤ改正まではJR西日本の車掌もほくほく線区間を乗務することがあった。
2015年11月7日以降半定期的に運行されているイベント列車。普通列車でも50分程度で走破する線内を約4時間（第1回の場合、犀潟駅10:44→六日町駅着14:48）かけて走行する。「ウサギといえばカメだよね」という北越急行社内での冗談から、超快速の対極に位置する列車として生まれ、難工事で知られる鍋立山トンネルを10km/h以下の低速で通過するほか、トンネル内の信号場では列車が通過しない側の乗降用ドアと貫通扉を開け、離合時に発生する10m/sの風を体験する試みも行われた。初回運行時は『全車指定席の臨時列車』（運賃と指定席料金のみで乗車可能）として運行されたが、2016年8月28日の第2回運行以降、北越急行が旅行業登録を行い『団体列車』（食事付き）として運行されている。
特急廃止後の2015年3月14日のダイヤ改正で新設された。2017年3月4日現在、越後湯沢 - 直江津間に1.5往復（上り1本、下り2本）が設定され、下り列車1本については直江津駅から列車番号を変え、普通列車としてえちごトキめき鉄道妙高はねうまライン新井駅まで直通する（停車駅は「駅一覧」の節を参照。）。途中十日町駅のみ停車の最速列車は越後湯沢駅から直江津駅までの84.2kmを57分で走破し、妙高はねうまライン乗り入れ部分を除くと、表定速度は88.6km/h、ほくほく線内に限れば99.2km/hに達する。これは485系使用便の「はくたか」を上回っており、日本国内において乗車券だけで乗れる列車としては、2016年現在表定速度が最も高い列車である。
2017年3月4日現在定期列車としては16往復が運転されている。そのうち、上り1本は時刻表上は別列車だが、えちごトキめき鉄道妙高はねうまライン新井駅から直通する。一部列車は日曜日を中心に後述の「ゆめぞら」の限定運用となっており、トンネル走行時に映像上映が行われている。詳しい運行状況は北越急行の公式サイトで確認することができる。JR線内へ乗り入れる列車はJR線内で通過運転を行っており、上越線の上越国際スキー場前駅（冬期のみ）と塩沢駅に一部列車が停車するが、上越線の石打駅・大沢駅は全列車通過する。信越本線の黒井駅は2015年3月13日までは全列車通過していたが翌14日のダイヤ改正に伴って一部列車が停車となった。大半の列車が通過となる理由として、短い編成でワンマン運転を行うほくほく線の列車では、JR線内での突発的な需要に応じ切れないことが挙げられていた。朝の普通列車上下各1本は大池いこいの森駅を通過する。2015年3月14日のダイヤ改正で特急「はくたか」が全廃されたことに伴い、特急列車優先による待ち合わせが解消されたことから、普通列車の所要時間は1列車あたり10分程度短縮された。
本講演では原子スケールの物質操作が可能にするはずの斬新な発明がいくつも提示された。演算回路を極度に高密度化したコンピュータや、走査型電子顕微鏡の限界を超えるほど微小な物体を観察できる顕微鏡などである。これらの二つのアイディアは、走査型トンネル顕微鏡をはじめとする走査型プローブ顕微鏡や、IBMが開発したミリピードのような記憶システムによって後に実現した。ファインマンはまた、「望みのままに原子を配列」できるようなナノスケールの機械により、機械的な操作を通じて化学結合をコントロールすることが原理的に可能だと指摘した。彼はまた、彼が指導する大学院生で友人でもあったアルバート・ヒッブスが発案したという服用医師のアイディアを紹介した。微小なロボットを飲み込み、体内で外科手術を行わせるというものである。ファインマンは一つの思考実験として、人間の両手と同じ働きをする1/4スケールのロボットアームを製造するよう提案した。ロボットアームを操り、その製造に必要だった加工ツールと同じものを1/4スケールで組み立てたとする。1/4スケールのアームと加工ツールを用いて新たなロボットアームを製造すれば、そのスケールはさらに1/4倍となる。このようにして、同期して動く10セットのロボットアームを1/16スケールで製造したとしよう。この過程を繰り返していけば、数えきれない微小な超並列ロボットアームからなる原子サイズの工場ができあがる。このような縮小過程をファインマンはパンタグラフに例えた。サイズが小さくなるにつれてツールは設計しなおす必要がある。その理由は各種の力の相対的な強さが変わってくるためである。重力は重要ではなくなり、表面張力の効果は強くなり、ファンデルワールス引力を考慮しなければならなくなる。この種のスケール効果についてもファインマンは言及している。この思考実験を現実化しようとする試みはまだないが、生物学の分野では酵素と酵素複合体（特にリボソーム）がファインマンの想像に近いやり方で化学合成を行っている。なおこの講演に先立って、SF作家ロバート・A・ハインラインが1942年の中編小説『ウォルドウ』（英: Waldo）で同様のアイディアを発表していたが、せいぜいμmスケールまでであった。