La linea S4 collega Ferrara (ramo A) a Imola (ramo B), passando per Bologna Centrale, in un'ora e 20 minuti. La tratta da Ferrara a Bologna Centrale percorre i binari della ferrovia Bologna-Venezia, inaugurata nel 1864 a binario singolo e raddoppiata nel Dopoguerra; la tratta per Imola percorre invece la ferrovia Adriatica, inaugurata nel 1861. Entrambe le tratte sono di proprietà RFI.

Il numero di spostamenti giornalieri è quantificato in circa 11 000 per il ramo A, circa 6 700 per il ramo B.