Le tram-train Nantes-Châteaubriant est un projet ferroviaire visant à la réouverture de la ligne, avec un équipement de type tramway à Nantes et ferroviaire au-delà.
En 2010 est prévue la mise en service du projet dans sa première phase (Nantes – Nort-sur-Erdre). Dans les trois ans qui suivent devra avoir lieu l'ouverture de la deuxème phase avec la mise en service de la desserte dans son intégralité, jusqu’à Châteaubriant. Une interconnexion avec le réseau urbain pourra avoir lieu dans un futur non déterminé.
La ligne ferroviaire de Nantes à Châteaubriant a été ouverte par le réseau d’Orléans le 23 décembre 1877. Lors du dernier service horaire, cette ligne à voie unique de 64 kilomètres était parcourue par trois allers-retours quotidiens : un le matin, un à midi et un le soir. Le dernier train de voyageurs a circulé le 31 mai 1980. La desserte marchandises ne concerne plus qu'un client embranché à la Chapelle-sur-Erdre ; la ligne n'est plus parcourue au-delà vers Châteaubriant.
A deux reprises, dans les années 1990, il a été envisagé une réouverture partielle de cette ligne mais ces projets n’ont pas abouti. la première aurait porté sur une desserte par la ligne 1 du tramway nantais jusqu'à la Chapelle-sur-Erdre ou Sucé-sur-Erdre ; la deuxième était de type ferroviaire classique TER.
Il est prévu 23 allers-retours quotidiens jusqu’à Sucé-sur-Erdre, dont 9 en terminus, soit un tram-train toutes les 30 minutes aux heures de pointe, et un toutes les heures en heure creuse.
Il est prévu 14 allers-retours quotidiens jusqu’à Nort-sur-Erdre, dont 9 en terminus, soit une desserte concentrée aux heures de pointe, avec un tram-train toutes les 30 minutes.
Lors de la deuxième phase, il est prévu 5 allers-retours quotidiens jusqu’à Châteaubriant, soit deux allers-retours le matin, un le midi et deux le soir.