Z164/165、Z166/163次列車在開行初期使用3組青島四方龐巴迪鐵路運輸設備有限公司（BSP）制造的中國鐵路25T青藏高原型客車，在2010年7月1日增加為每日開行後改用5組南車南京浦鎮車輛有限公司制造的中國鐵路25T型青藏高原版客車。列車在上海－西寧區間采取15節車廂編組，包括8節硬臥車、4節硬座車、2節軟臥車以及1節餐車，西寧西－拉薩區間則加掛1節空調發電車。其中軟臥車定員64人，硬臥車定員407人，硬座車定員392人，總定員863人，上海鐵路局可售票額為592張。
為抵禦青藏高原風沙大、紫外線強等惡劣的自然環境，列車采用密接式車鉤、雙層鍍膜玻璃、氣動塞拉門、集便式廁所及供氧裝置等設施，軟臥和餐車均安裝了液晶電視，硬臥車廂還設有殘疾人專用廁所，車內照明系統則采用了節能環保的半導體發光器件。而每節車廂容量達到950升的汙物箱、餐車使用的電磁爐、采取電伴熱措施的下水管道，均能確保列車在運行途中對環境的零汙染。此外，為了體現西藏地域特色，列車把藏族文化中的吉祥色彩和圖形元素運用到車廂環境的整體布局中，如洗漱間的鏡子采用藏式的荷花狀等，列車的各種標誌說明也采用漢、藏、英3種文字註釋。
列車的值乘工作由上海鐵路局上海客運段滬薩車隊擔當，車隊成立於2006年3月，現***有職工289人，平均年齡25歲。每趟列車上包括餐車服務員在內則配備38名列車員，其中女性4名（含廣播員）。為適應高原的惡劣氣候條件，車隊所有人員都要經過醫院的相關體檢，心臟、血壓、肺活量等要達到標準。此外，車隊在列車開行前還對乘務人員進行高原列車基本知識、高原服務常識、西藏民族宗教政策、服務技能和應急預案等進行嚴格培訓，並組織到青藏鐵路實地進行試車適應性訓練。