Si l’uniformisation du matériel est en cours dans le Grand Est, il est à noter que les trois composantes de cette grande région ont eu par le passé des besoins et des politiques différenciés dans le domaine ferroviaire.
Même sur le plan ferroviaire, la nouvelle grande région du Grand Est est un assemblage de trois anciennes « petites » régions qui n’ont pas fonctionné selon le même régime, la même vitesse, les mêmes besoins et les mêmes investissements pour leurs trains. C’est aussi le reflet d’une population et d’un territoire qui ne sont pas complètement semblables. Mais l’uniformisation est en cours. À l’horizon 2025, hormis quelques rames Corail ou RRR, le parc régional sera quasi exclusivement constitué d’automoteurs ou d’automotrices. Pourtant, au départ, après la Seconde Guerre mondiale, c’est le règne de la récente SNCF sur les rails de France. Et le début des autorails unifiés appelés, comme leur nom l’indique, à circuler partout. Début 1950 apparaissent les petits U 150 ou X 5500 dans l’Est à Mirecourt notamment pour les lignes des Vosges. Encore présents à 19 exemplaires à Chalindrey et Troyes, ils disparaissent au milieu des années 70. Presque simultanément, Nancy reçoit ses premiers Picasso X 3800 qui éliminent les anciens autorails ABJ et X 3700. Face à l’électrification et à de nouveaux arrivants plus modernes, ils s’effacent de Nancy en 1969. En 1955, Strasbourg reçoit des U 600 ou X 2400. Dès 1957, ce sera le tour de Châlons-sur- Marne et Nancy. Metz regroupe ses exemplaires en 1968 avant de les radier en 1974.
Alors que le développement de la marque TER (créée par la SNCF en 1986) se poursuit à plein régime à travers l’Hexagone (y compris dans le Grand Est), après une longue attente qui aura duré plus de vingt ans, le TGV Est-Européen est inauguré le 10 juin 2007.
Les régions de l’Est de la France accèdent enfin aux avantages de la grande vitesse. La ligne LGV Est Paris-Strasbourg est la première du réseau à grande vitesse français à avoir été cofinancée par les collectivités locales.
Parmi les partenaires associés à la réalisation du projet, on trouve la Région Île-de-France (2% du budget), les collectivités de Champagne-Ardenne (3%), Lorraine (6%) et Alsace (7%).
La mise en service du TGV Est a permis de diviser par deux en moyenne les temps de parcours ferroviaires entre Paris et l’Est de la France. Le temps de trajet Paris-Strasbourg est ainsi passé de 4 heures à 2 heures 20 lors de l’inauguration de la première phase en juin 2007.
Le 11 décembre 2016, avec la mise en service de la deuxième phase, il est tombé à 1 heure 50. Le temps de trajet Paris-Metz est passé, quant à lui, de 3 heures à 1 heure 20.
Le TER Grand Est, ou TER Fluo Grand Est, est le réseau de TER de la région administrative Grand Est. Il résulte de la fusion des réseaux TER Alsace, TER Lorraine et TER Champagne-Ardenne.
La fusion des trois régions administratives d’Alsace, de Lorraine et de Champagne-Ardenne a lieu le 1er janvier 2016. Cependant, le TER Grand Est, qui regroupe les anciens réseaux TER Alsace, TER Lorraine et TER Champagne-Ardenne, est officiellement créé le 11 décembre 2016 lors du changement de service annuel. Il reprend également les lignes TER 200, en Alsace, et TER Vallée de la Marne, entre Paris-Est et la Lorraine.
Au printemps 2019, le TER Grand Est intègre le réseau intermodal Fluo Grand Est. La marque « TER Fluo Grand Est » est désormais également utilisée, sur les sites publiés par la région, pour désigner le réseau TER.
Actuellement, le transport ferroviaire dans le Grand Est est le premier réseau régional -hors Île-de-France- en nombre de trains par jour.
Le parc de matériel roulant du TER Grand Est est presque exclusivement hérité des dotations TER des anciennes régions Alsace, Champagne-Ardenne et Lorraine, à l’exception notable des Coradia Liner d’Alstom, mis en service neufs en 2018.
En juillet 2022, le parc de matériel roulant du TER Grand Est se compose de BB 22200, BB 26000, BB 67400, B 82500, B 83500, B 84500, B 85000, U 25500, X 73500, X 73900, X 76500, Z 11500, Z 24500, Z 27500.
Le parc actuel est géré par 4 Supervisions Techniques de Flotte (STF) de la SNCF:
SCA → STF Champagne-Ardenne (Épernay, Chalindrey)
SMN → STF Lorraine (Thionville, Metz)
STA → STF Alsace (Strasbourg)
SGE → STF Grand Est (Noisy-le-Sec).