En 2008, le parcours complet de la ligne demande 36 minutes dans le sens nord-sud et 35 minutes dans le sens sud-nord. Comme sur toutes les principales lignes du métro, le premier départ a lieu de la tête de ligne à 5 h 30. Toutefois, dans le sens nord-sud, une première circulation est effectuée (sauf dimanches et jours fériés) au départ d'Église de Pantin à 5 h 31 qui précède de quatre minutes la première rame venant de Bobigny - Pablo Picasso ; dans le sens sud-nord, une première circulation est effectuée (tous les jours) au départ de Gare d'Austerlitz à 5 h 32 qui précède de deux minutes la première rame venant de Place d'Italie.
Le dernier départ a lieu de Bobigny - Pablo Picasso à 0 h 41 en direction du sud et à 0 h 42 au départ de Place d'Italie en direction du nord. Le dernier départ est fixé à 1 h 41 du terminus nord et à 1 h 43 du terminus sud les nuits des vendredis aux samedis, des samedis aux dimanches et des veilles de fête aux jours de fête.
L'intervalle moyen entre les rames est de deux à quatre minutes en journée, de sept à huit minutes en extrême soirée, de quatre à six minutes le dimanche en journée et de dix minutes les nuits des vendredis aux samedis, des samedis aux dimanches et des veilles de fête aux jours de fête après 0 h 30 (après 1 h 15 les nuits des vendredis aux samedis).
Lors de la mise en service du premier tronçon Gare d'Orléans (aujourd'hui Gare d'Austerlitz) - Place d'Italie le 2 juin 1906, la ligne est desservie par trois rames de configuration M-A-M soit deux motrices à bogies Thomson doubles encadrant une remorque.
Une quatrième rame est livrée pour l'extension à Place Mazas (Quai de la Rapée) le 13 juillet 1906. Lors de l'ouverture du tronçon Place Mazas - Lancry (Jacques Bonsergent) le 17 décembre 1906, le trafic est assuré par douze rames de quatre voitures, dont deux motrices Thomson multiples de la série 245 à 280. L'achèvement de la livraison de ces dernières permet de passer à une configuration à cinq voitures dont deux motrices extrêmes avec loge de conduite.
Une nouvelle série de vingt-quatre motrices M 57 à M 80 est livrée fin 1907 et début 1908. Ces motrices longues de 10,920 m, et dotées de seulement deux portes par face, apportent toutefois une innovation essentielle : elles sont entièrement métalliques, tant à l'extérieur qu'à l'intérieur. La caisse métallique permet de remplacer les petites fenêtres des précédents matériels par de grandes baies vitrées. À partir du 1er avril 1908, la composition devient uniforme avec deux motrices Thomson multiples M 245 à M 280 et 57 à 80 encadrant trois remorques à essieux.
La ligne 5 est aujourd'hui équipée de rames MF 67 F. Le MF 67 a succédé au Sprague-Thomson entre 1978 et 1980. Le prototype BOA 001 a circulé à vide à partir du 12 novembre 1990, puis avec voyageurs en heures creuses à partir du 31 décembre 1990 jusqu'à début 1993. Les ateliers de Bobigny ont reçu les rames MF 88 en 1993 et font de même depuis 2008 avec les MF 2000 destinés à la ligne 2.
Le 20 novembre 2007, la RATP a commandé une nouvelle série de cinquante rames MF 2000 destinées à la ligne 5 pour un montant de 189 millions d'euros. La livraison sera étalée de 2010 à 2012.
En juin 2010, les rames 048 et 049 de la série des MF 2000 circulent sur la ligne en heures creuses. Elles effectuent des essais et ne prennent pas de voyageurs.
On distingue deux catégories de membres du personnel : les agents en station et les agents de conduite. Les agents de station ont pour mission de tenir la caisse, d'assurer le contrôle des voyageurs ainsi que la gestion des lieux, la vérification des installations ou d'autres tâches à définir selon les besoins du service. Quelques agents sont par ailleurs détachés pour la durée du service afin d'assurer les relèves de caisses. Les conducteurs assurent la marche des rames. Le service est assuré sur trois roulements de travail (jour, mixte, nuit).
La tarification de la ligne est identique à celle en vigueur sur tout le reste du réseau et la ligne est 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 autres lignes de métro ainsi que le RER, mais uniquement dans Paris intra-muros pour ce dernier.
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 Syndicat des transports d'Île-de-France (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 ligne 5 est une ligne au trafic moyen du réseau parisien, le nombre total de voyageurs transportés représente environ la moitié de la fréquentation de la ligne 1 mais le double des lignes 10 et ligne 11. De 1992 à 2004, le trafic est en augmentation de 11,2 %, ce qui place la ligne en troisième position en termes de croissance sur le réseau (hors ligne 14).
Année | 1992 | 1993 | 1994 | 1995 | 1996 | 1997 | 1998 | 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 |
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Nombre de voyageurs | 77,4 | 75,4 | 74,1 | 66,2 | 70,8 | 72,3 | 74,7 | 74,6 | 77,7 | 76,4 | 77,7 | 75,9 | 86,1 |
Les stations les plus fréquentées desservies par la ligne sont par ordre décroissant (en trafic annuel, toutes lignes incluses) : Gare du Nord (36,49 millions), Gare de l'Est (15,66 millions de voyageurs), République (15,14 millions de voyageurs), Place d'Italie (13,10 millions), Bastille (13,04 millions) et Gare d'Austerlitz (8,73 millions). En 1998, le trafic quotidien atteint 265 648 voyageurs en moyenne chaque jour ouvrable, 161 250 le samedi et 109 564 le dimanche.