鹿島線
鹿島臨海工業地帯の開発に伴って敷設された路線である。予定線としては、改正鉄道敷設法別表第39号の2に「茨城縣鹿島ヨリ千葉縣佐原ニ至ル鐵道」と掲げられていた。1964年に運輸大臣から日本鉄道建設公団への建設指定を受けて鉄道建設が行われた。同別表第39号の「茨城縣水戸ヨリ鉾田ヲ經テ鹿島ニ至ル鐵道」は北鹿島駅までの開業後、引き続き日本鉄道建設公団により鹿島線として鹿島灘沿岸地域を縦貫する北鹿島駅 - 水戸駅間(約58 km)の建設が進められ、1980年の日本国有鉄道経営再建促進特別措置法(国鉄再建法)制定に際しても輸送需要が見込める(輸送密度4000人/日以上)として工事が続行されたが、国鉄が第三セクターでの運行を希望したため、鹿島臨海鉄道の路線として開業することになった。
香取駅 - 北鹿島駅間の鹿島線は、開業当初はディーゼル動力の気動車で運転していたが、1974年に全線電化された。1978年に新東京国際空港(現・成田国際空港)が開港すると、鹿島臨海工業地帯で生産される航空燃料輸送に用いられた。当初3年間使用が予定されていたが、千葉港と空港を結ぶパイプラインの完成が遅延したため変更されることになり、地域住民の不信感を増大させる結果となった。
183系電車 特急「あやめ」で1975年3月の新設時から2005年12月まで使用された。 165系・153系電車 急行「鹿島」で1975年3月の新設時から1982年11月の廃止まで使用された。 キハ58系気動車 急行「水郷」で1970年10月から1975年3月まで使用された。
貨物列車は全線で運転されており、鹿島臨海鉄道鹿島臨港線の神栖方面へと引き継がれる。鹿島臨海鉄道鹿島臨港線内で荷役するコンテナ輸送や鹿島臨海工業地帯で製造・消費される化成品輸送が主な収入源である。化成品は従来タンク車で輸送されていたが、タンクコンテナ化が進んでいることからコキ100形とコキ200形積載に置き換えられている。
2020年3月現在、愛知機関区所属のEF64形と新鶴見機関区のEF65形が1往復ずつ牽引している。
かつてはDD51形ディーゼル機関車やEF210形電気機関車が牽引していた。成田国際空港(当時は新東京国際空港)が開港した1978年から千葉港から成田空港を直結するパイプラインが完成した1983年までの間、鹿島港から鹿島臨港線・鹿島線・成田線を経由して成田市土屋地先までタキ40000形貨車による航空燃料の暫定輸送が行われていた。
72系電車(32系からの改造車を含む)(津田沼電車区所属) 113系電車(幕張車両センター所属) 4両編成のみ入線していたが、2010年12月4日ダイヤ改正で鹿島線での運用が消滅した。佐原駅の鹿島線折り返し用ホームである0番線の有効長が4両分しかないため、6両編成は定期運用を持たない。113系が横須賀線・総武快速線で運用されていた時代は大船電車区配置の編成も入線し、成田で基本編成と増結する1日5本ほどの東京・逗子・横須賀・久里浜方面への直通列車も設定されていた。大船配置車も佐原駅 - 鹿島神宮駅間で間合い運用されたことがある。 211系電車(幕張車両センター所属) 臨時列車等で使用実績がある。 209系2000番台・2100番台電車(幕張車両センター所属) 113系に代わり2010年12月4日から運用開始し、4両編成で運行された。2021年3月13日のダイヤ改正で定期運用から離脱した。ただし、カシマサッカースタジアムでの試合開催時など、臨時に運用に入る場合がある。