Iniziò dopo la seconda guerra mondiale il processo di messa in servizio del materiale rotabile diesel e pertanto le automatrici ed i locomotori soppiantarono man mano le storiche locomotive a vapore e le carrozze trainate, le tipiche vetturette a due assi a terrazzini di prima, seconda e terza classe.

Oggi sono in esercizio presso le linee Adria – Mestre i seguenti rotabili:

• Automotrici Fiat serie ALn 668:
  AD605 (anno di costruzione 1979)
  AD606 (anno di costruzione 1979)
  AD609 (anno di costruzione 1979)
  AD610 (anno di costruzione 1979)

• Automotrici Fiat serie ALn 663:
  AD905 (anno di costruzione 1991)
  AD906 (anno di costruzione 1993)
  AD907 (anno di costruzione 1993)
  AD908 (anno di costruzione 1993)
  AD909 (anno di costruzione 1993)

• Rimorchiate Semipilota Fiat serie Ln 663:
  BP374 (anno di costruzione 1993)
  BP375 (anno di costruzione 1993)
  BP376 (anno di costruzione 1994)

• Locomotori CMKS D753
  001, 002, 003, 004, 005, 006, 007

• Automotrici STADLER GTW            ATR 110/120
  201, 202, 401/402, 403/404

• Elettrotreni STADLER FLIRT            ETR 340
  001, 002

• Locomotori elettrici BOMBARDIER E483
  025, 026