水郡線
キハ110系(2007年9月12日までに運行終了) 1992年投入。この車両はドアが2つしかなく、特に朝の水戸口における混雑時の乗降に時間がかかり、しばしば遅延が発生していたため、2007年からキハE130系への置き換えが進められ、主に盛岡地区の山田線や岩泉線、花輪線をはじめとする路線に転属した。同年8月18日からは、「ありがとう110系」の特製ヘッドマークを先頭車の前面に装着して運転されていた。
キハ40・47・48 キハ40とキハ48には比較的に早く冷房が取り付けられた。
キハ58系 国鉄時代は準急・急行にも運用。冷房付きで当線だけでなく水戸鉄道管理局(JR発足後は水戸支社)管内の冷房化に貢献した。晩年は気仙沼線に転属して快速「南三陸」の冷房化に貢献した。
キハ45系
キハ35系
キハ20系
DE10形ディーゼル機関車
旧形客車
蒸気機関車時代は水戸機関区の8700形や8620形が客貨列車牽引に使用されていたが、1960年にDD13形ディーゼル機関車が投入された。しかし同形式は客車暖房用の蒸気発生装置を持っていないため、大正末年製造の古参暖房車 ホヌ30形も水戸に配属され、冬季は機関車の次位に連結されていた。これでは無煙化の意味がなくなるため、1971年頃にDE10形へ代替され、暖房車も廃車された。
八溝山地と阿武隈高地の間を走行する。山地を走行するが、一般的な山岳鉄道とは異なり、トンネルは少ない。山間部を縫う様に走行するため、制限速度55km/h - 70km/h程の曲線が多く存在する。磐城石川駅より先は東北本線と2 - 5kmほどの距離を置いて並走する形態となるが、両線の間に流れる阿武隈川によって利用者の棲み分けができている。沿線の途中に福島空港があるが、最寄り駅から空港への路線バスが設定されていないことや、空港の利用者数が極端に少ないこと、この区間の水郡線の本数が少ないこともあって、水郡線は福島空港へのアクセス路線の機能は担っていない。水郡線の終点は安積永盛駅であるが、すべての列車が東北本線に直通し郡山駅まで運行される。