Perkhidmatan KLIA Ekspres beroperasi dengan menggunakan lapan buah tren elektrik empat gerabak Desiro, sebuah model kereta api buatan dan rekaan syarikat dari Jerman. Perkhidmatan KLIA Ekspres dan KLIA Transit beroperasi di atas landasan dan menggunakan sistem yang sama. Selain itu, tren kedua-dua perkhidmatan rel tersebut berkongsi ciri-ciri fizikal dan luaran yang sama. Misalnya, bahagian hadapan tren diubahsuai bagi kelihatan lebih aerodinamik dan menarik. Ia satu perbezaan yang minima jika dibandingkan dengan model rekaan asas tren tersebut.

Kesemua tren KLIA Ekspres dilengkapi dengan kemudahan tandas, ruang khusus bagasi daftar masuk dan ruang simpanan bagasi dalam gerabak. Setiap unit tren KLIA Ekspres mampu membawa sehingga 156 orang penumpang pada satu-satu masa. Ia dapat digandakan sehingga lebih 300 orang penumpang dengan keupayaan tingkat naik lapan gerabak bagi setiap unit tren berdasarkan kepada pelan perancangan masa hadapan KLIA Ekspres. Akhir sekali, pintu keluar masuk tren KLIA Ekspres dibuka secara otomatik berbeza dengan operasi pintu KLIA Transit yang dibuka secara manual.