Z164/165、Z166/163次列车在开行初期使用3组青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司（BSP）制造的中国铁路25T青藏高原型客车，在2010年7月1日增加为每日开行后改用5组南车南京浦镇车辆有限公司制造的中国铁路25T型青藏高原版客车。列车在上海－西宁区间采取15节车厢编组，包括8节硬卧车、4节硬座车、2节软卧车以及1节餐车，西宁西－拉萨区间则加挂1节空调发电车。其中软卧车定员64人，硬卧车定员407人，硬座车定员392人，总定员863人，上海铁路局可售票额为592张。
为抵御青藏高原风沙大、紫外线强等恶劣的自然环境，列车采用密接式车钩、双层镀膜玻璃、气动塞拉门、集便式厕所及供氧装置等设施，软卧和餐车均安装了液晶电视，硬卧车厢还设有残疾人专用厕所，车内照明系统则采用了节能环保的半导体发光器件。而每节车厢容量达到950升的污物箱、餐车使用的电磁炉、采取电伴热措施的下水管道，均能确保列车在运行途中对环境的零污染。此外，为了体现西藏地域特色，列车把藏族文化中的吉祥色彩和图形元素运用到车厢环境的整体布局中，如洗漱间的镜子采用藏式的荷花状等，列车的各种标志说明也采用汉、藏、英3种文字注释。
列车的值乘工作由上海铁路局上海客运段沪萨车队担当，车队成立于2006年3月，现共有职工289人，平均年龄25岁。每趟列车上包括餐车服务员在内则配备38名列车员，其中女性4名（含广播员）。为适应高原的恶劣气候条件，车队所有人员都要经过医院的相关体检，心脏、血压、肺活量等要达到标准。此外，车队在列车开行前还对乘务人员进行高原列车基本知识、高原服务常识、西藏民族宗教政策、服务技能和应急预案等进行严格培训，并组织到青藏铁路实地进行试车适应性训练。
