明知鉄道明知線
1両 - 4両編成の列車が線内を折り返し運転している。1 - 2時間に1本の運行。区間列車はなく、全ての列車が明智行きまたは恵那行きである。基本的にワンマン運転だが、一部の2両編成以上の列車と後述の食堂車連結の急行には後部車両に料金収受・ドア扱いの係員が乗務する。
2011年3月12日からは急行「大正ロマン号」が1日1往復運転されている(月曜運休。ただし祝日の場合は運転)。急行は途中阿木駅・極楽駅・岩村駅・花白温泉駅・山岡駅に停車する。急行料金は不要。下り明智行き急行では車内で料理を提供する食堂車を営業する(予約制)。食堂車連結の場合は明智方に自由席の一般車が連結される。多客期は最大4両編成で運行され、4両編成の場合はホーム有効長の関係で恵那方が一般車となる。急行列車の恵那 - 明智間の所要時間は食堂車の乗客が車窓を楽しめるように各駅停車よりも長くなっており、各駅停車よりも遅い急行列車となっている。
2012年3月17日改正から平日上りの最終列車が野志駅・飯沼駅を通過する快速列車となり、2018年3月17日改正で極楽駅も通過となった。2022年3月12日のダイヤ改正でこの快速列車を含む平日のみ運転(土休日運休)の最終列車1往復が廃止され、急行以外は全列車とも各駅に停車する普通列車となった。
改正鉄道敷設法別表第63号に掲げる予定線のうち「静岡県掛川ヨリ二俣、愛知県大野、静岡県浦川、愛知県武節ヲ経テ岐阜県大井ニ至ル鉄道...(以下略)」(遠美線)の一部である。大井(現・恵那) - 明知間は当時の岐阜県選出の衆議院議員古屋慶隆の活動などにより建設が決定し、1933年から翌1934年にかけて開業した。
岩村 - 大井間には、1906年に岩村電気軌道が開業していたが、明知線開業後の1935年に廃止されている。なお岩村電気軌道は、岐阜県で最初に開業した私鉄である。明知線は岩村電気軌道の経由しなかった阿木村を経由したため、大井 - 飯羽間間においてルートが岩村電気軌道に比べ東側に大きく迂回し、急カーブ、急勾配、トンネルも生じることとなった。
1957年、戦時中に休止されていた白棚線がバス専用道路に改築され、国鉄バス路線として開業したのを機に、国鉄は1958年に営業係数の悪い明知線を白棚線と同様の形でバス専用道路に改築してバス転換することを検討したが、この構想は勾配の問題などから中止された。
1968年には国鉄諮問委員会より廃止が提言された(いわゆる「赤字83線」)が、赤字83線の廃止の取り組みが中止となり存続した。その後国鉄再建法が成立し、1981年に第1次廃止対象路線となり、1985年に第三セクターの明知鉄道に転換された。
2004年3月、閉塞方式がスタフ閉塞式(恵那 - 岩村間)・タブレット閉塞式(岩村 - 明智間)から特殊自動閉塞式に変更され、中部地方に残った最後の腕木式信号機の使用が停止された。