La vitesse commerciale était prévue à terme à 20 km/h, après une période transitoire de dix-huit mois durant laquelle elle devait passer progressivement de 16 km/h à 18 km/h puis 20 km/h. Toutefois fin 2009, cette vitesse n'atteignait que 17,5 km/h en heures creuses selon le rapport de la Cour des comptes. La signalisation routière aux carrefours donne la priorité aux tramways, ce qui favorise leur progression (et est, de plus dissuasif pour les automobilistes, choix qui était clair dès le début du projet).
La fréquence des rames est de quatre à cinq minutes aux heures de pointe et de six à huit minutes aux heures creuses, du lundi au vendredi. Elle est de quinze minutes entre 22 h 00 à la fin du service. Le samedi, l'intervalle entre deux rames varie de six à neuf minutes en journée et de sept à dix minutes les dimanches et jours de fêtes.
Le premier départ du Pont du Garigliano est à 4 h 50 (5 h 50 les dimanches et jours fériés), celui de la Porte d'Ivry à 5 h 30 (6 h 30 les dimanches et jours fériés). Le dernier tramway part du Pont du Garigliano à 0 h 30 (1 h 30 les vendredis, samedis et veilles de fête) et de la Porte d'Ivry à 1 h 05 (2 h 05 les vendredis, samedis et veilles de fête). Ces horaires sont allégés durant la période estivale.
Le matériel choisi pour équiper le T3 est le Citadis 402 d'Alstom. Celui-ci a pour caractéristiques de posséder un plancher bas intégral le rendant accessible aux personnes à mobilité réduite, une ventilation réfrigérée, un système de vidéosurveillance. Les rames ont une longueur de 43,7 m pour une largeur de 2,65 m. Elles sont composées de sept modules et le nombre de places assises est de soixante-dix-huit pour une capacité totale de 304 personnes par rame. Le matériel, apte à une vitesse maximale de 60 km/h, est entraîné par six moteurs asynchrones d'une puissance nominale de 120 kilowatts, alimentés sous une tension de 750 volts continu, courant capté par caténaire via un pantographe.
Les rames, commandées en décembre 2003, sont fabriquées dans les usines du Creusot (bogies), de Tarbes (équipements électriques et électronique de traction), de Villeurbanne (électronique embarquée), d'Ornans (moteurs) et assemblées à l'usine d'Aytré, près de la La Rochelle. Leur conception esthétique a fait l'objet de recherches poussées par plusieurs designers : Régine Charvet-Pello pour le concept général, le coloriste Vonnik Hertig pour les tissus et les ambiances intérieures, Emmanuel Fédon et Luc Maillet pour l'habillage extérieur des rames. La livrée des rames est personnalisée, associant le vert jade traditionnel de la RATP à divers visuels symboliques de la ville de Paris.
En tout vingt et une rames assurent le fonctionnement de la ligne. Les rames roulent à droite, comme celles du métro, mais contrairement à celles du RER qui roulent à gauche comme l'essentiel des trains du réseau ferroviaire national français.
Depuis juin 2009, la RATP et Alstom expérimentent dans le cadre du projet « STEEM » (Système de tramway à efficacité énergétique maximisée), sur une rame du T3 une technologie de super-condensateurs qui permettrait à terme d'importantes économies d'énergie et la recharge des rames en station.
La conduite sur la ligne se fait en « conduite à vue », on n'y trouve que des panneaux de limitation de vitesse, des signaux de protection d'itinéraires et des signaux protégeant le franchissement des carrefours. Pour ces derniers, la voirie est équipée de signaux tricolores classiques de type R11 tandis que la ligne est équipée de signaux de type R17 et R18 associés à la signalisation routière.
Sur un fond noir, une barre horizontale de couleur blanche signale l'arrêt, un rond blanc annonce un signal d'arrêt et une barre verticale blanche la voie libre. Une signalisation d'aide à l'exploitation complète ces signaux, un losange lumineux signalant la prise en charge de la demande de priorité au carrefour.
Les signaux de protection d'itinéraires ou signaux d'exploitation se situent où se trouvent les appareils de voies (aiguillages). Les panneaux de limitation de vitesse se présentent quant à eux comme des panneaux carrés avec des chiffres noirs sur fond blanc. Enfin, les indicateurs de coupure de courant sont implantés en amont de chaque secteur d'alimentation de la ligne aérienne de contact (LAC). Deux ronds blancs alignés en position verticale annoncent une ligne alimentée, alignés en position horizontale une ligne non-alimentée.
Les machinistes du T3 ont commencé leur formation le 2 mai 2006. Quatre-vingt-dix personnes au total ont été formées à la conduite sur la ligne.
Le tramway est toujours prioritaire aux carrefours. Chaque contrôleur de carrefour suit en temps-réel l'arrivée des différentes rames sur les lignes de feux des voies tramway (gestion de délais d'approche en secondes), et adapte dynamiquement (prolongation ou raccourcissement) les durées des deux phases de circulations des voitures (Maréchaux et radiales) afin de faire passer la rame sans qu'elle ait à s'arrêter à aucun carrefour. Pour ce faire, le contrôleur gère un algorithme de priorité tramway. Les contrôleurs continuent à fonctionner en mode coordonné entre chaque passage de tramway.
Tous les contrôleurs communiquent en ethernet sur un réseau fibre optique dédié. Ils s'échangent des tables de détections de boucles électromagnétiques (avec reconnaissance de balise numérique présente sur chaque rame, la détection magnétique temporisée servant en secours).
Un poste central de régulation du trafic permet d'exploiter la ligne en surveillant tous les contrôleurs et en permettant de régler certains paramètres (temps d'arrêts en stations, temps d'approches pour chaque point de détection, …). Ce système permet de grandement faciliter la phase de mise au point de la ligne durant la marche à blanc (fonctionnement sans passagers) afin de minimiser les interventions terrains. Les temps d'arrêts en stations sont pris en compte suivant des durées fixées de manière statistique dans des tables horaires (les délais d'approches finaux calculés par le PC et transmis aux contrôleurs tiennent compte de ces durées).
Certains carrefours sont équipés de caméras vidéos effectuant une analyse vidéo afin de déterminer une éventuelle occupation prolongée de la plate-forme tramway par des véhicules qui la traversent. Ceci permet d'anticiper le passage au rouge sur les feux concernant ces véhicules, afin que le tramway ne se retrouve pas bloqué lors de son arrivée, ce qui annulerait l'effet de la priorité assurée pour franchir le feu.
De par la réduction du nombre de files de circulation voitures, il était attendu une baisse de la circulation automobile de 25 %.
Près de la station Balard part une voie qui se dirige vers les ateliers de Lucotte, ateliers de maintenance du T3 situés avenue de la Porte de Sèvres, à l'emplacement de la rue du Général-Lucotte, le long du boulevard périphérique.
Ce complexe de 1,8 hectares sert de remisage aux vingt-et-une rames de tramway, ainsi que de centre de maintenance. Il comprend un ensemble de trois bâtiments. La halle d'entretien accueille quatre voies dont deux sur fosses et trois avec passerelle d'accès à la toiture des rames. C'est là que se déroulent les opérations d'inspection, de réparation ou encore le reprofilage (« réalésage ») des roues en fosse afin de limiter les risques pour la sécurité et les nuisances sonores. Un bâtiment de nettoyage sert aux opérations de nettoyage tant extérieures qu'intérieures des rames ainsi qu'au remplissage des sablières.
Au fond de l'atelier, après les voies de garages, se trouve le centre d'exploitation de la ligne, abritant le poste de commandement de la ligne (PCL). C'est dans ce local que le régulateur assure l'exploitation en temps réel de la ligne en liaison radio avec les conducteurs, assisté par le système d'aide à l'exploitation (SAE). Cet outil fournit plusieurs informations telles que la position exacte des rames et la position des traversées routières. Il permet en outre d'informer les voyageurs et de gérer la maintenance des rames. Une sortie piétonne se rapproche du terminus ouest de la ligne, station Pont du Garigliano.
La tarification de la ligne est identique à celles des deux autres lignes de tramway exploitées par la RATP ainsi que l'essentiel des lignes de bus et accessible avec les mêmes abonnements. Un ticket t+ permet un trajet simple quelle que soit la distance avec une ou plusieurs correspondances possibles avec les lignes de bus et de tramway pendant une durée maximale de 1h30 entre la première et la dernière validation, mais pas avec le métro ni le RER.
Le financement du fonctionnement de la ligne (entretien, matériel et charges de personnel) est assuré par la RATP. Cependant, les tarifs des billets et abonnements dont le montant est limité par décision politique ne couvrent pas les frais réels de transport. Le manque à gagner est compensé par l'autorité organisatrice, le STIF, présidé depuis 2005 par le président du Conseil régional d'Île-de-France et composé d'élus locaux. Il définit les conditions générales d'exploitation ainsi que la durée et la fréquence des services. L'équilibre financier du fonctionnement est assuré par une dotation globale annuelle aux transporteurs de la région grâce au versement transport payé par les entreprises et aux contributions des collectivités publiques.
La construction de cette troisième ligne de tramway en Île-de-France a coûté un peu plus de 311 millions d'euros, financée par :
Le STIF verse chaque année 8,9 millions d'euros pour l'exploitation de la ligne.