Lo sviluppo dell'offerta transfrontaliera tra il Ticino e la Lombardia è possibile unicamente con l'impiego di materiale rotabile a tecnologia bicorrente, sviluppato appositamente per la rete TILO.

Questo materiale rotabile (FLIRT) è stato introdotto gradualmente a partire dal 2007 ed è in grado di circolare sia sulla rete ferroviaria svizzera che su quella italiana senza necessità di cambiare il locomotore alla frontiera.

Inizialmente la flotta era costituita da composizioni a 4 vagoni; dal  2010 circolano pure treni a 6 vagoni.

Per far fronte alla forte affluenza di utenti, in particolare nelle ore di punta, questi treni possono circolare in doppia composizione.

Il materiale rotabile in servizio sulla rete TILO si distingue per il notevole comfort di viaggio, l'elevata capacità di accelerazione e l'integrazione della comunicazione e del servizio all'utenza.