竈門炭治郎達が乗車した駅(駅名などは不明)を日没後に出発し、日の出が近い時刻まで夜間長距離を無停車で走行していた。このため夜行列車の可能性が高いが、客車は全て三等座席車（現代の普通車）で、寝台車や二等車は連結されていない。また、トイレや洗面台等の設備もあくまで作中で描かれている範囲では見当たらない。

名前は「無限列車」であり「夢限」や「夢幻」ではない。劇中では、ナンバープレートが「無限」の蒸気機関車が牽引する列車が「無限列車」と呼ばれていた。これが正式な列車名かは不明だが、劇中でも「無限列車」と固有名詞が出ており、これが世間でも使われている列車の名称な模様（ちなみに現実世界では、列車名は昭和4年からつけられており、それまでは「第1列車」のように数字で呼ばれていた）。

アニメ無限列車編第1話では、無限列車とは異なる別の列車も登場した。車両は無限列車と同形だが、機関車のナンバープレートが異なり（緑色）、客車が3両の編成だった。

炭治郎達が持っていた切符は、A型券と呼ばれるサイズの硬券切符で、「東京夢限 三等表面太線区内間ノ一駅行キ無期限有効下車前途中無効」と書かれていた。券面から東京から夢限駅までの普通車の乗車券のようだが、列車の行き先や停車駅、走行路線については特に言及されていないために不明。ただし、炭治郎達は東京駅とは異なる駅から乗車していた。また、煉獄杏寿郎も同じ駅から乗車したことがアニメ無限列車編第1話で明かされた。駅は田舎街にある駅で、2階建て駅舎とホームが(少なくとも)2つある中規模な駅。
アニメ無限列車編第1話に出てきた新聞には、「山間部（見切れ）を結ぶ要所となる交通」と書かれており、列車も自然が広がる地帯の単線の路線を走行していた。ちなみに、劇中描写(太陽の位置）から考察すると、列車は少なくとも物語終盤の頃は北へ向かって走っていた可能性が高い。

車両のモデル

機関車（先頭車両）はほぼ同じだが、客車は原作漫画版とアニメ版で差がある。ゲーム版やグッズは基本的にアニメ版がベース。アニメ版では大正時代の機関車の資料を参考にCGモデルを作成し、運転席はアクションができるように実際より広めに作られている。美術設定はufotable所属の小山将治氏が担当。
車両のモデルに関してはファンからも関心が高く、各メディアが公式に問い合わせたようだが、「映画に登場するSLや場所のモデルについてはお答えしていない。」としている。
ただし、車両の特徴から鉄道ファン及び各鉄道会社からの見解は一致しており、それを以下に示す。

蒸気機関車

大正3年から製造された、鉄道省の「8620形」と特徴がほぼ一致している。除煙板(デフレクター)は未装備の車両。
漫画版とゲーム版が運転席（キャブ）下が乙形の後期形、アニメ版が運転席下がS形の初期形車両。
前述の通り、ナンバープレートは「無限」と漢字で書かれている（本来は8620のように車両形式と製造番号が書かれる）。
鬼滅の刃の劇中時代と一致する車両ではあるが、厳密には自動連結器やエアータンクを装備している大正14年7月以降の姿で描写されており、その点は現実とは異なる（大正初期はねじ式連結器を装備し、エアータンクも非搭載でシンプルな姿だった）。
アニメ版は、東京都「青梅鉄道公園」に保存されている8620号機（いわゆる初号機）と特徴が一致しており、この車両を参考にした可能性が高い。参考

ちなみに、8620形の汽笛は3室汽笛という甲高い音の汽笛が装備されているが、劇中では5室汽笛（昭和以降の蒸気機関車が装備する低い音）となっていた。
（余談ではあるが、8620形でも個体によっては5室汽笛に換装された車両もあった。国鉄時代末期の58654号機も5室汽笛だったが、復活運転の際に元の3室汽笛に戻された）

客車

漫画版は、木造でドアのないオープンデッキの明治時代に多く製造されたタイプの客車による8両編成。屋根はダブルルーフとなっている。連結器が違うが、大正時代に多く活躍していたタイプの客車である。
外観は九州鉄道のチ1形・チブ1形に似ているが、デッキ(出入口)が片側のみになっている。(※作者が九州出身であり、九州鉄道記念館に保存されている同車を参考にした可能性がある。)

アニメ版は、木造の旧型客車による8両編成。ただし、車両は完全オリジナルであり、屋根は鋼製のシングルルーフでベンチレータは無し、車体はオハ31形の窓をユニットサッシにしたような姿で、木目のような模様がある。最後尾車両は展望車のようなデッキ付き車両が連結されており、乗り遅れた炭治郎達はそこから乗り込んだ。
同和鉱業片上鉄道のホハフ2000形、ホハフ3000形に近い構造をしている。塗装ぶどう色2号で表記類は一切ない。

アニメ版の外観に関しては、鉄道模型愛好家の間で「コスミックという模型メーカーが発売している木造客車（三種類）組み立てキットという製品を参考にしたのではないか」という説もある。なお、この製品には特定のモデルとなった車両はなく、完全にオリジナルのデザインである。

大正時代は私鉄から国有化された車両も多くあり、客車の種類も編成もかなり幅広く存在していた。この為に、大正時代の客車の特徴を持ちつつ、車内がよく見えるように窓が大きく、屋根上でバトルしやすい構造のオリジナル客車になったのかもしれない。

車内はどちらもほぼ同じで、大正時代の客車に多かった緑色のボックスシートである。漫画版は背もたれの部分が木の板になっている(現実の大正時代の車両と同じ)が、アニメ版は背もたれ部分にもモケットがある。
漫画版

アニメ版

2022年4月16日～17日に幕張メッセで開催された『鬼滅祭～アニメ参周年記念祭～』では、アニメ版の無限列車を再現した原寸大レプリカが展示された。機関車と客車1両を忠実に再現しており、時間によって煙が出るなどの演出が行われた。参照

 2022年10月15日～12月10日に掛けては、同年12月10日にフジテレビ系列にて、無限列車編アニメ第1話と劇場版を再放送するのを記念し、トラックの荷台に無限列車の機関車を載せたADトラック「無限列車号」を運行。
徳島県交通公園を出発、日本を一周して東京都お台場のフジテレビを目指す。(写真)
荷台の機関車はレプリカで、動輪の上半分から、エンジン部分(炭水車を除いたボイラーと運転台部分)が再現され、荷台に後ろ向きに設置されている。形状はアニメ・劇場版のCGを元に忠実に再現。
公式サイト

USJコラボ

ユニバーサル・スタジオ・ジャパンの鬼滅の刃コラボで、XRライドというアトラクションが2021年9月17日～2022年2月13日の期間限定で登場。
公式サイト
 VR映像で無限列車編を体感できるアトラクション。
この映像に出てくる無限列車は、ゲーム版とほぼ同じで、8620形(後期形)と旧形客車の編成。

鉄道会社とのコラボ

ニュース記事

JR東日本『鬼滅の刃×SLぐんま無限列車大作戦』

JR東日本と鬼滅の刃とのコラボイベント。
2020年10月11日から12月28日までの期間、信越本線高崎駅～横川駅間を走る『SLぐんま・よこかわ』と鬼滅の刃がコラボ。当該列車にコラボ特製ヘッドマークの掲出、車内にキャラクターの装飾が施されている他、高崎駅や碓氷峠鉄道文化むらでも装飾やパネルの設置、限定グッズ販売がされている。
ヘッドマークは月替わりで、10月が炭治郎と禰豆子、11月が善逸と伊之助、12月が煉獄と5人のミニキャラ。
編成は、蒸気機関車+旧形客車(5～6両)+電気機関車。
SLぐんま・よこかわ号に使用されている機関車はD51 498号機または、C61 20号機の昭和時代に活躍した車両なため、劇中に登場する無限列車とは時代も車両も異なるが、客車はアニメ版の車内に近い姿に改装されている。最後部にはEF64形電気機関車も連結。
このほか、横川駅での鬼滅の刃仕様のおぎのや・峠の釜めしの販売や上野駅から高崎駅への臨時列車『鎹やまどり号』（485系リゾートやまどりの車内にキャラクターの装飾をし、声優による車内アナウンスを実施）などのイベントが実施された。
ニュース記事

SLぐんま(D51、EF64)、リゾートやまどり

JR九州『SL鬼滅の刃号(無限列車)』

JR九州×鬼滅の刃コラボの一環として、JR九州が所有する劇中車両と同型の8620形(58654号機)の前面ナンバープレートを『無限』に変更の上鹿児島本線熊本駅→博多駅間を『SL鬼滅の刃号』として走らせた（側面とテンダーのナンバーは58654のまま）。
当初は2020年11月1日、3日、15日、21日、23日の5日間の予定だったが、好評につき急遽12月19日、21日、23日、25日、27日の5日間追加の運行が行われた。
編成は、蒸気機関車+客車3両+ディーゼル機関車。
客車はSL人吉号で使用されている50系車両のため、劇中の車両とは全く異なるが、座席や暖簾が鬼滅仕様（キャラクターにちなんだ柄）に変更されている。最後尾にはDE10形ディーゼル機関車を連結。
劇中と同じ車両が普段SLが走らない鹿児島本線を走行するとあり、その反響は高く、指定席券は数秒で完売、沿線には多くのファンが押し寄せ、運行日にはSL鬼滅の刃に関連するワードがTwitterでトレンド入りした。また、同社保有の883系(AO-16編成)に柱、885系(SM-10編成)に主要キャラクターと煉獄杏寿郎をラッピングし、長崎本線の特急かもめや日豊本線の特急ソニックとして12月下旬まで走った。
SL鬼滅の刃ニュース記事
 ラッピング車両ニュース記事

SL鬼滅の刃、885系かもめ、883系ソニック

JR西日本・嵐電『鬼滅の刃京ノ御仕事弐』

京都鉄道博物館にて、嵐電・東映太秦映画村との連動企画『鬼滅の刃京ノ御仕事弐』を2020年12月26日から実施。
京都鉄道博物館では、保存されている8620形(8630号機)のナンバープレートを『無限』に変更の上、館内で体験乗車できる『SLスチーム号』として使用した。この車両は、鬼滅の刃と同じ時代の大正3年に製造された車両で、除煙板もないため、走行できる状態の8620形の中では一番劇中に近い姿をしている（初期形車両だが運転席は乙形の後期形をしており、USJコラボと同じ形態）。また、車内アナウンスを竈門炭治郎が行う他、煉獄杏寿郎が食べていた駅弁をイメージした弁当を販売。
博物館内に展示されているC62 26にも特製ヘッドマークを取り付け、80系車内などにキャラクターのパネルが設置された。
嵐電では、鬼滅の刃特別仕様の車両が4両走る他、嵐山駅にて藤の花による装飾やキャラクターによるアナウンスなども行った。また、8620形と旧形客車を連結し、劇中の無限列車とほぼ同じ姿での展示も行った。

SLスチーム号、嵐電コラボ車両

なお、8630号機についてはJR九州の58654号機とは違い、「無限」プレートを前面・側面・テンダー全てに取り付けていた

その他

非公式だが、全国の公園にて保存されている蒸気機関車に「無限」ナンバープレートを取り付け、「無限列車」のようにするイベントが行われている。いずれも鬼滅の刃や無限列車とは無関係の車両だが、来園者を楽しませている。
以下は無限プレートが取り付けられた車両一覧である（終了したものを含むので、行かれる際は事前に確認をお願い致します）。

場所	車両	備考
北海道狩勝高原園地	59672(9600)	ニュース記事
福島県飯野学習センター	C12 60	参考
東京都昭和鉄道高校	西武鉄道3号機関車	参考
富山県村木公民館	チャコ(日本カーバイド工業1号機関車)	ニュース記事
愛知県日本車輌豊川製作所	58623(※無限列車と同形の8620)	参考
大阪府浜寺公園	D51 469	南海によるツイート
大阪府はや総本店	C11 218	参考
兵庫県神戸駅	D51 1072	参考
福岡県芦屋町高浜町公園	D60 61	facebookの投稿
大分県豊後森機関庫公園	29612(9600)	参考

また、無限プレートは無いものの、無限列車と同形の8620 形を保存してある公園は、それをアピールしている。

山形県の公園の68691号機のニュース記事

山形の公園はかなり力を入れており、ボランティアによって修繕された他、市松模様の案内看板や期間限定で藤の花をイメージしたイルミネーションも装飾された。

その他、無限列車と同形の8620形の保存車両については当該記事参照。

機関車ではないが、岩手県遠野市で保存されているオハフ46 2005（客車）にも一時期「無限」のプレートがつけられていた。参考

海外

アメリカ・ロサンゼルス、フランス・マルセイユにて、路面電車に鬼滅の刃各キャラクターや、劇場版ポスター等をラッピングして走らせた。

余談

劇場版鬼滅の刃無限列車編の上映回数が初日に42回、翌週に50回もある映画館もあり、ネット上ではローカル線の列車より無限列車の方が多いなどとネタにされた。また、上映回数の多さはニュース記事にもなっている。
列車に合わせて、タイムスケジュールを時刻表にした人も現れ、ニュースになった。
さらに余談だが、アニメ版の無限列車のモデルの8620形と同和鉱業片上鉄道の車両は、アニメレヱル・ロマネスク(まいてつ)にも登場しており、同時期に同じ鉄道をモデルにしたアニメが2作品あるという偶然も起きている。
アニメ無限列車編には、8620(ナンバーは緑色、番号は書かれておらず不明)と客車3両を連結した(無限列車とは異なる)回送列車が登場している。
アニメ無限列車編の台詞・描写から、車両基地(車庫)と整備工場は別の場所にある模様。整備工場はレンガ作りで、ピットを5線持つ。ピットへは単線から五枝分岐器で分かれる(特殊構造なため、現在の日本には無い)。無限列車の機関車・客車1両と、別の8620形が整備を受けていた。
線路は双頭式レールを使用している。これは日本の鉄道創世記(明治時代)に採用されていたレール。つまり、無限列車走行路線は古くに作られた路線の可能性がある。
東京から北へ向かう路線は、東北本線・常磐線(ただしどちらも都心部は複線区間)と高崎線。ただし、いずれも上野駅が始発駅。現実世界での8620形は東京駅から西へ向かう東海道本線で活躍していた。愛知県東部で線路が北西に向かう区間があり、未明同区間を走る下り急行列車も当時はあった。
鉄道3社による無限列車コラボだが、JR九州は豪雨災害で肥薩線が不通になり、SL人吉号が運行出来なかった時期、JR東日本はSLぐんま客車がリニューアルした直後かつ、COVID-19感染拡大に伴い各種イベントが中止だった時期、京都鉄博は8630号機が2年間に及ぶ検査・修理が終了したばかりの時期で、このようなイベントが開催されたのは奇跡であった。前述の通り列車は満席、話題にもなり、無限列車はコラボした列車達の救世主になった。
アニメ版主題歌「明け星」のMVロケ地は碓氷峠の信越本線廃線跡。

以下、ネタバレ注意！

無限列車には下弦の壱・魘夢が待ち構えている。
魘夢や協力者、煉獄杏寿郎の台詞などから炭治郎達が乗車する以前から、度々同じ列車で魘夢が協力者を使って乗客や調査に来た鬼殺隊員を襲い、捕食していたと思われる。

魘夢の工作はかなり大掛かりで、一部の乗客に加えて機関士や車掌といった乗務員達までもを、幸せな夢を取引材料にして協力者として懐柔していた他、切符のインクに自分の血を混入させて、自身の肉体から作った改札鋏で鋏痕をつける事で血鬼術が発動するようにしたり、さらに眠りに落ちた鬼殺隊士達の精神の核を破壊する為に、相手の夢に入る為の縄と自身の骨と歯で作ったアイスピックのようなものを持たせるという、徹底した細工を施していた。
ちなみに機関助士（石炭をくべたりする役割の乗務員）が見当たらなかったが、これも工作の一部なのか単なる描写ミスなのかは不明。ただし、機関士は上記の通り魘夢の息がかかった人物だった上に、機関部は魘夢の融合で頸にあたる重要な位置である為、魘夢の融合開始にあたって事前に機関室から除かれた可能性は高い（魘夢が融合して以降は機関士による操縦は不要である）。

炭治郎達が乗車した際、途中から魘夢が列車と一体化し、車両が肉塊に覆われた不気味な姿へと変貌を遂げる。触手なようなものを車内にうねらせ、乗客を取り込んで喰おうとした。
弱点となる頸骨は、前述通り機関車の運転室下に隠されており、その事を見破った伊之助と炭治郎が協力し、伊之助が獣の呼吸・肆ノ牙「切細裂き」で頸骨を露出させ、最後は炭治郎がヒノカミ神楽「碧羅の天」で頸骨を完全に切断する事で遂に魘夢に引導を渡した。

この際、魘夢が致命傷を負い暴れたため、列車が脱線転覆したが、煉獄の尽力もあり、（多数の負傷者こそ出たものの）乗客に死者は1人も出ずに済んだ。魘夢に協力した者達（機関士等）も、身体の一部が列車の下敷きになる等、重傷を負っているような描写があるものの、いずれも命に別状はなかった。

車両のその後は描かれていないが、機関車は魘夢を倒した際に運転室から炭水車付近が破壊(窓より上が切断されている)されており、客車も全車両が脱線転覆している上に戦闘中に魘夢が破壊した箇所も多かったので、修理は難しく廃車になった可能性が高い。後述する通り、運行再開に持ち込んだ初日だった事を考えると、再開にまでこぎつけた鉄道関係者や、無限列車の整備をした整備士達には同情するばかりである。

ちなみに伊之助が車中で見ていた夢の中では、洞窟内に潜むムカデと無限列車が混ざったような怪物（CV:平川大輔）として登場。「ボーボー」と蒸気音のような不気味な唸り声を上げていた。列車を知らなかった伊之助曰く「土地の主」。

なお、2021年10月10日に放送されたアニメ無限列車編では、無限列車編の直前を描いた完全新作ストーリーが描かれており、無限列車は原因不明の死者・行方不明者が40人以上出た事で、運行が一時中止となっていた事が明かされた。
また、別の列車でも切り裂き魔によって車掌が殺害される事件まで発生していた。(回送列車のため、車掌しか乗車していなかった。)
煉獄杏寿郎は、調査のため、殺害された車掌が収容された駅から回送列車に乗り、無限列車が留置されている車庫へ向かおうとしたが、回送列車の車掌に「無限列車は運行再開が決まり、整備工場へ移動した」ことを伝えられ、列車から飛び降り整備工場へ向かった。
すると、整備工場に潜んでいた切り裂き魔の正体である鬼が現れて交戦する事になる。最終的にはこの鬼を倒し、切り裂き魔事件は解決したが、この鬼の実力にしては犠牲者数が多すぎることなどから、運行再開となる無限列車の調査も行う事を決定し、無限列車編本編へと続く。

余談

映画終盤(アニメでは第7話)に、脱線した無限列車の全体が映るシーンがあるが、客車が1両足りない。ミスだと思われるが、大破してしまった可能性もある。
大正13年に東海道本線の上り夜行列車が、静岡県内のトンネルを走行中、客車内に入ってきた機関車の煙が血染めの顔になったという怪談のような事件が起きている。新聞にも掲載されたが、結局なんだったのか不明。魘夢も生首になったり車内に触手を伸ばしていたが…。
大正15年に、山陽本線を走行中の夜行列車が、広島県内の大雨の影響により脱線転覆する大事故が発生している。こちらの方は多数の死者が出たが、列車の脱線被害具合が無限列車の状況と似ており、これら事件なども無限列車編の元ネタとなったのかもしれない。
同時期に同じ車両をモデルにしたまいてつの方も作中における前日譚で同じく事故が起きている。但し、こちらは犠牲者が出ている一方で、この事故の生き残りにあたる人物によって車両を復活させるストーリーとなっている。
全ての車両についている訳ではないが、実物の蒸気機関車の運転室の下（魘夢の頸骨があった場所）には石炭を炭水車から釜へ送るストーカー（自動給炭機）が付いている車両もおり、内部にあるスクリューが頸骨に見えない事もない。
劇場興行収入1位と2位だった作品にはそれぞれ列車と蒸気船が登場しており、興行収入が注目された際に、それらをネタにしたイラストも投稿された。

商品化

劇場版公開当初は、キャラクターグッズがメインで、無限列車そのもののグッズは少なかったが、2021年に入ってから列車を再現したグッズも増えてきた。

チョロQ…ブルバックで走る玩具。機関車のみで客車はない。アニメ映画版の車両を再現。モデルと思われる8620号機の特徴を掴んでおりかなりリアル。
バームクーヘン…京都鉄道博物館のお土産。無限列車の描かれた細長い箱にバームクーヘン入っている。
プラレール…8620形と客車1両のセットで、かまぼこ隊と竈門禰豆子、煉獄杏寿郎の5人のプラキッズ(人形)が付属する。2021年夏発売。車両は前述のUSJコラボとほぼ同じ形態で再現。公式サイト
カプセルプラレール…2021年12月発売。プラレールのカプセル玩具版で、機関車・炭水車、通常客車2種、鬼化客車(機関車以外はレールとキャラクタープレート付き)の全5種類。
超にぎにぎ回転寿司無限列車編…無限列車の機関車が、寿司皿を牽引し、エンドレスの線路を走る玩具。
まめトレイン…まめめいとシリーズを乗せられるぬいぐるみ。ぬいぐるみに合わせてデフォルメされている。
からあげクンBOX…ローソン限定発売で、からあげクンが機関車形の弁当箱に入っている。ただし、8620形とは別の機関車の形をしている。(6760形？)