Ter versterking van het Sprinterpark doet NS in het voorjaar van 2015 bij het Zwitserse Stadler een spoedbestelling voor 58 treinstellen van het type FLIRT3. Het is voor NS de eerste serie treinstellen die niet speciaal voor de vervoerder is ontwikkeld. Ook least de vervoerder zes treinstellen voor de gewonnen R-NET concessie tussen Gouda en Alphen aan den Rijn. De eerste treinstellen verschijnen in december 2016 in de reizigersdienst. Tegelijkertijd met NS introduceert Arriva de stellen in Zuid-Limburg. Naast de genoemde vervoerders verschijnen de daaropvolgende jaren ook FLIRT-treinstellen via Connexxion, Keolis en enkele buitenlandse spoorwegmaatschappijen op het Nederlandse spoorwegnet.

In 2005 bestelt NS voor het eerst in 15 jaar nieuw enkeldeks materieel. De nieuwe Sprinter Lighttrains staan symbool voor de nieuwe Sprinterformule, het metro-achtig vervoer over korte afstanden. Het energiezuinige SLT-materieel is voorzien van een lage instap, glazen scheidingswanden, airco en digitale informatieschermen. De treinstellen krijgen geen toilet. Dit leidt zowel vanuit de reizigers als het rijdend personeel tot veel kritiek. NS besluit daarom eind 2010 geen extra treinstellen te bestellen. Uiteindelijk zijn van 2008 tot 2012 69 vierwagenstellen en 62 zeswagenstellen afgeleverd. Vanaf 2018 krijgen de stellen alsnog een toilet.

Om het sterk toegenomen reizigersaanbod op te vangen, ontwikkelt NS begin jaren '90 voor de lange afstanden het DD-IRM. Met de komst van het materieel breekt NS met de traditionele vaste treinstelsamenstelling. Feitelijk bestaat een treinstel uit drie of vier rijtuigen die door middel van automatische koppelingen tot eenheid zijn samengevoegd. Vanaf 2001 zijn de oorspronkelijke drie- en vierwagenstellen verlengd tot vier- en zeswagenstellen. Daarnaast wordt nog een groot aantal nieuwe vier- en zeswagenstellen gebouwd. In 2008 komt het laatste treinstel in dienst.

Ter vervanging van het stoptreinmaterieel uit de jaren '60 ontwikkelt NS in de jaren '80 volledig nieuw stoptreinmaterieel. Diverse omstandigheden zorgen ervoor dat de proefserie van negen treinstellen Stoptreinmaterieel '90 pas in 1994 in dienst komt. Terwijl vervolgbestellingen uitblijven, raakt het SM'90 al snel gedateerd en laat NS alsnog nieuw stoptreinmaterieel ontwikkelen. In 2005 bestelt de vervoerder de eerste treinstellen van het type Sprinter Lighttrain. De negen stellen SM'90 gaan december dat jaar buiten dienst aangezien onderhoud en inzet van een dergelijke kleine serie relatief duur is. De stellen zijn begin 2007 gesloopt. Eén kop blijft bewaard.

Het Intercitymaterieel rijdt sinds halverwege de jaren '80 een belangrijk deel van de Nederlandse intercitytreinen. De treinstellen zijn in de jaren '70 ontwikkeld om samen met de getrokken Intercityrijtuigen de Nederlandse intercitydiensten te verzorgen. In 1977 neemt NS 7 proeftreinstellen in gebruik. Van 1983 tot begin 1994 bouwt Talbot in Aachen 87 driewagenstellen en 50 vierwagenstellen. Het Intercitymaterieel wordt gekenmerkt door de zogenaamde doorloopkop. Hierdoor is het voor het controlerend personeel, mini-bar én reizigers mogelijk om van het ene naar het andere treinstel te gaan. De zeven proefstellen uit 1977 gaan in 2003 terzijde. De overige treinstellen zijn tussen 2006 en 2011 gemoderniseerd. De doorloopkop en de deuren aan de voorzijde zijn hierbij verwijderd.

Eind jaren '60, begin jaren '70 zijn de Amsterdamse- en Rotterdamse metro volop in ontwikkeling en ontstaan diverse plannen voor nieuwe railverbindingen en voorstadshaltes. In deze periode ontwikkelt NS speciaal voor het groeiende voorstadsvervoer het Stadsgewestelijk Materieel. In 1975 komen vijftien treinstellen van de proefserie in dienst. Tussen 1978 en 1980 volgt de seriebouw met 60 stellen. Begin jaren '80 zijn 45 tweewagenstellen verlengd met een tussenrijtuig en bestelt NS 15 extra driewagenstellen. De tweewagenstellen rijden voornamelijk op de Zoetermeerse Stadslijn en de Hofpleinlijn. De driewagenstellen rijden stoptreindiensten in en om de Randstad. Van 2003 tot 2009 zijn alle SGM-stellen gemoderniseerd. Zowel de twee- als de driewagenstellen rijden hierna verspreid over een groot deel van het land. In 2020 gaan de meeste stellen terzijde.

Om de stoptreindiensten uit te breiden en te versnellen en het vooroorlogse stroomlijnmaterieel te vervangen, ontwikkelt NS eind jaren '50, begin jaren '60 het Materieel '64. De 31 vierwagenstellen en 246 tweewagenstellen zijn tussen 1961 en 1976 gebouwd. Het 'standaard stoptreinmaterieel' vervult decennialang een belangrijke rol in de Nederlandse stoptreindiensten. Het uitblijven van voldoende vervangend materieel zorgt ervoor dat de stellen veel langer dan gepland op het Nederlandse spoorwegnet te zien zijn. In de zomer van 2010 gaat het laatste Plan T-treinstel terzijde. Eind maart 2016 verdwijnt ook het laatste Plan V-treinstel uit de reguliere reizigersdienst.

Tussen 1956 en 1962 bouwen verschillende Nederlandse fabrikanten voor NS het Materieel '54. De serie bestaat uit 68 tweewagenstellen en 73 vierwagenstellen. De treinstellen zijn bestemd voor de langeafstandsverbindingen en zijn hierdoor relatief luxe uitgevoerd. Bij het invoeren van de nieuwe dienstregeling bij Spoorslag '70 introduceert NS het concept 'Intercity'. In de jaren '70 wordt bijna de helft van de vierwagenstellen omgebouwd tot intercitytreinstel. In de normale treindienst wordt echter geen onderscheid gemaakt en rijden alle treinstellen zo'n twintig jaar lang de een groot deel van de Nederlandse intercitydiensten. In 1993 gaan de laatste met asbest geïsoleerde treinstellen buiten dienst, in januari 1996 gevolgd door de laatste 'glaswol'-stellen.

In 1946 bestelt NS een groot aantal elektrische twee- en vierwagenstellen. De treinstellen van het type Materieel '46 zijn nodig ter vervanging van het stroomlijnmaterieel dat tijdens de Tweede Wereldoorlog verloren gaat en voor de verdere ontstoming van het Nederlandse spoorwegnet. Na twintig jaar gemengde dienst met het andere stroomlijnmaterieel door heel Nederland rijdt het Materieel '46 vanaf begin jaren '70 vrijwel alleen nog stop- en spitstreinen. Doordat een groot deel van de treinstellen op reserve staat, zijn de stellen nog in heel Nederland te zien. In september 1983 gaan de laatste treinstellen terzijde. De 273 is bewaard in de collectie van het Nederlands Spoorwegmuseum.

Met het oog op de volgende etappe van de elektrificatie van het Nederlandse spoorwegnet bestelt NS in december 1939 opnieuw een reekst elektrisch stroomlijnmaterieel. De serie Materieel '40 bestaat uit 25 vijfwagenstellen en 15 tweewagenstellen. De vijfwagenstellen komen net als twaalf tweewagenstellen tijdens de Tweede Wereldoorlog in dienst. Na de oorlog komen uiteindelijk 29 treinstellen weer in dienst. Het materieel degradeert al snel tot het spitsvervoer en de laatste tweewagenstellen gaan in 1970 al terzijde. De laatste vijfwagenstellen volgen twee jaar later.