Tracé dans la couche dite de la craie bleue (Cénomanien), à une profondeur de 40 mètres sous le lit de la mer (profondeur maximale de 107,3 mètres sous le niveau moyen de la mer), le tunnel sous la Manche comprend en fait trois galeries :
Ces trois galeries, revêtues de voussoirs en béton armé, sont reliées entre elles tous les 375 mètres par des rameaux de communication (noté C sur le schéma ci-contre) qui permettent de relier les tunnels ferroviaires au tunnel destiné à l'entretien et aux secours (cela a servi notamment lors de l'incendie d'une navette pour poids lourds le 18 novembre 1996). Ces rameaux permettent aussi la ventilation du tunnel en fonctionnement normal. De l'air frais est soufflé dans la galerie de service à ses extrémités, et cet air est ensuite distribué dans les tunnels ferroviaires via des clapets anti-retours, ce qui permet d'éviter toute contamination de la galerie de service par des fumées lors d'un incendie.
Enfin des rameaux de pistonnement (noté D sur le schéma ci-contre) relient les deux tunnels ferroviaires tous les 250 mètres et permettent à l'air de circuler et de diminuer ainsi la variation de pression au passage des trains, et donc la résistance aérodynamique. Deux communications (traversées-jonctions ou cross-over), situées aux tiers du parcours, permettent de faire passer les trains d'une galerie à l'autre et d'isoler ainsi des tronçons de galeries en cas de nécessité (entretien, incident). En ces points, la galerie de service passe sous l'un des tunnels ferroviaires et se retrouve à côté et non plus entre les deux.
Malgré les inquiétudes quant à l'évolution du trafic maritime des deux côtés du tunnel, celui-ci s'est maintenu malgré l'ouverture du tunnel et a même augmenté au port de Calais : le trafic voyageurs y a ainsi augmenté de moitié entre 1992 et 1998, et le tonnage du port de marchandises a doublé entre 1990 et 1998.
L'ouverture des terminaux de Coquelles et de Folkestone a permis l'ouverture de grandes zones d'activités. Le terminal de Coquelles s'étend ainsi sur 700 hectares, parmi lesquels 90 000 m2 sont consacrés aux activités commerciales et culturelles de la Cité Europe.
Les trains de voyageurs qui utilisent le tunnel sous la Manche sont exploités par Eurostar, société dépendant de la SNCF, de British Rail et de la SNCB.
Un type spécial de TGV a été conçu pour cette utilisation : le TGV TMST. Il est adapté au gabarit et à l'alimentation électrique des réseaux qu'il est amené à traverser : britannique (notamment captage du courant par troisième rail jusqu'en 2008), français et belge. Pour des raisons de sécurité dans le tunnel, il est sécable en son milieu, grâce à deux motrices entourant 18 voitures (deux fois neufs voitures). Il offre 800 places assises. Sa vitesse est limitée à 300 km/h sur les lignes à grande vitesse et à 160 km/h à l'intérieur du tunnel.
Ils circulent à 100 km/h la nuit et 120 km/h en journée.
Le tunnel sous la Manche est accessible à la plupart des véhicules routiers (motos, voitures, fourgons, autocars et camions) grâce aux navettes Eurotunnel qui circulent en temps normal vingt-quatre heures sur vingt-quatre. Il existe deux types de navettes : les navettes touristes pour les véhicules de passagers et les navettes fret pour les camions.
Les navettes touristes sont composées habituellement de deux rames de douze wagons porteurs de 26 mètres de long entourés par deux wagons de chargement/déchargement et des locomotives électriques. Pour les véhicules ne dépassant pas 1,85 mètre de hauteur, les wagons à deux niveaux offrent une capacité de dix voitures (cinq par niveau). Des wagons à un niveau sont conçus pour les autocars et véhicules de plus de 1,85 m. Les wagons sont fermés et pendant le trajet chaque wagon est séparé des autres par des cloisons coupe-feu.
Les navettes fret fonctionnent sur le même principe : deux rames de quatorze wagons porteurs de 20 mètres de long entourés par deux wagons de chargement/déchargement. Cependant contrairement aux navettes touristes où les passagers restent dans leur véhicules le temps de la traversée, une voiture est ajoutée au convoi derrière la locomotive pour accueillir les chauffeurs routiers. Les wagons porteurs ne sont cette fois pas fermés mais simplement grillagés.
Les wagons pour les navettes touristes à double pont ont été fabriqués par ANF Industrie à Crespin. Au total, 108 unités ont été commandées. Ces véhicules, de conception unique en acier inoxydable, sont prévus pour une durée de vie de trente ans avec une utilisation vingt-quatre heures sur vingt-quatre et sept jours sur sept.
Depuis la mise en service de l’ouvrage, plusieurs incidents ont rendu nécessaire la suspension de l’exploitation d’une partie du tunnel :