多摩急行
2004年12月11日のダイヤ改正より、運転時間帯が夜間まで拡大されるとともに、乗り入れ先の車庫での停泊も行われるようになった。
2016年3月26日のダイヤ改正で、前述の通りJR東日本・小田急電鉄の車両による3社直通運転が開始された。これに合わせて日中時間帯の輸送形態が大幅に変更され、快速急行・急行・各駅停車が毎時6本ずつ、約10分間隔でのダイヤとなるのに伴い、同時間帯の千代田線直通列車はこのうち3本(20分間隔)の急行に変更となった。それに伴い、多摩急行はこれ以外の時間帯での運転となり、夕夜間に千代田線直通の準急が再設定された。
JR線内では他の列車と同様、東京メトロ6000系を除いて「各駅停車」と表示していた。これは多摩急行登場以前の準急も同様であり、唐木田駅行の種別は綾瀬駅で多摩急行に変更され、小田急からの直通列車は代々木上原駅から各駅停車(種別は無表示。6000系以外で常磐線直通電車の場合は「各駅停車」と表示)に変更された。JR線内発の列車の場合、E233系2000番台は小田急線内の停車駅を、東京メトロ16000系電車と小田急4000形は「各駅停車」の下に「小田急線 多摩急行」とLCDで表示した。また、「千代田線内代々木上原まで各駅停車」であること、「小田急線内多摩急行」であることをアナウンスに付け加えることもあった。
E233系2000番台 - 2016年3月26日のダイヤ改正より乗り入れ開始。
なお、JR東日本の209系1000番台は小田急線への乗り入れが非対応であるため、多摩急行で使用されることはなかった。
ともに相互乗り入れを前提としているため、地下鉄乗り入れ車両が充当されていた。
多摩線唐木田駅から小田原線を経由し東京メトロ千代田線綾瀬駅まで、もしくは綾瀬駅より東日本旅客鉄道(JR東日本)常磐緩行線に乗り入れ松戸駅・柏駅・我孫子駅・取手駅まで運行されていた。2016年3月26日のダイヤ改正以前は、綾瀬駅から先のJR線へは小田急4000形は直通することができなかったため、常磐緩行線まで運行する電車はすべて東京メトロの車両で運行されていた。後にJR(E233系2000番台)による小田急への直通運転も行われ、小田急4000形もJR線へ直通していた。
設定当初は、多くが湘南急行(下り)や急行(上り)の直後に運行されるダイヤ編成で列車間隔が不均等であったため、特に(急行・湘南急行が通過していた経堂駅以外の)小田原線内の利用者が少なかった。しかし、2004年12月11日のダイヤ改正より長距離輸送の速達性を重視した快速急行の新設に伴い急行が減便された成城学園前駅および登戸駅利用者の補完作用も果たすこととなり、小田原線内でも急行の一翼を担うこととなった。同ダイヤ改正より2016年3月25日までは、昼間時間帯の新百合ヶ丘駅では、下りは多摩急行から快速急行へ、上りは快速急行から多摩急行へと乗換が可能となっていた。