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全国新幹線鉄道整備法（全幹法）第2条では、新幹線鉄道を「主たる区間を200キロメートル毎時以上の速度で走行できる幹線鉄道」と定義している。新幹線はその性質から在来線とは構造も役割も異なり、一般の鉄道敷設法などに加えて、新幹線特例法などにより、法律的にも一般の鉄道とは違った扱いを受ける。それゆえ、同じ鉄道という枠の中にはあるが、両者は全く別の乗り物と考えられる。
建設は鉄道建設・運輸施設整備支援機構（鉄道運輸機構）が行ない、その費用は国や沿線自治体が負担する。運営は旅客鉄道会社（JRグループ）が専ら行なっている。「新幹線の運営はJRでなければならない」など、法律面で鉄道事業者を特定していないが、運営がJRグループに継承される理由としては、
新幹線の経営には莫大な費用がかかり、それを負担できる資本力があるのは旧国鉄の業務を継承するJR各社しかない。
旧国鉄には東海道新幹線や東北新幹線を経営してきた実績があり、それがJR各社に分割民営化されたことで、運営ノウハウを知っている人間がJR各社にしかいない。
ということが挙げられる。

呼称

新幹線とは、元々は従来の幹線に対して「新しい幹線」という意味で、東海道新幹線は在来線である東海道本線の線増として建設された為こう呼ばれた。日本以外の国々ではBullet Train（弾丸列車）、Super Express（超特急）、もしくはそのままShinkansen（シンカンセン）の名で広く知られている。1964年の東海道新幹線開業当初は、New Tokaido Line（東海道新線）とも案内された（現在でも横浜市営地下鉄では車内電光掲示板で使われている）。なお現在では駅内の案内板等では路線名としてはShinkansenを使用し、列車名を表す場合は、例えばNOZOMI Super Expressなどと、Super Expressという名称が使われている。これはJRグループで特急を表すLimited Expressより上位の列車という意味でSuperという単語を用いている（日本語で言えば「超特急」）と考えられる。

新幹線に関する主な技術

新幹線鉄道は、その大部分の区間において200km/hを超える速度で運行するため、在来線鉄道とは異なった様々な技術が用いられている。速度のみならず、乗り心地や安全面でも高い水準が確保され、その成功は日本以外の世界各国において鉄道の価値を見直すきっかけともなった。

新幹線のホーム

新幹線の高架橋

安全柵やカラーの電光掲示板が設置されている駅（写真は東京駅）

路線・軌道設備
路線は、在来線と別ルートで新規に建設した線路設備を用いる（ミニ新幹線を除く）。
軌間は標準軌（1,435mm）を用いる。
カーブにおける曲率半径を大きくし、できる限り直線を確保する。
人身事故防止のため以下の設計を行う。
自動車との衝突事故を防ぐため、踏切を一切設けない（ミニ新幹線の場合は踏切数を削減すると共に保安設備を強化している）。
線路内に一般の人が立ち入れない様にする。前項も含めた対策として全線立体交差とする（ミニ新幹線を除く）。また、列車の運行妨害等に対しては法律面でも「新幹線特例法」によって在来線より厳しい罰則を定めている。
通過列車との接触事故を防ぐため、プラットホームに安全柵を設けるか通過線と退避線を分ける。

信号システム
地上の信号を車上から目視確認して運転する事は高速運転のため不可能であり、自動列車制御装置（ATC）を備え、運転室内に車上信号による運行指示が表示される。
運転指令所の列車集中制御装置（CTC）から、すべての列車の運行状況を一括管理している。一部の路線では、従来より高度な運行管理が可能である列車運行管理システム（PTC）も導入している。

電源方式
単相交流25,000Vで電力を供給する。電源周波数は以下の通り。
東海道新幹線では60Hzに統一して給電している。静岡県の富士川を境に50Hzと60Hzの電源周波数区分をまたがっているが、それぞれの区間の距離の長い方を全線で採用し、車両設備の簡素化を狙ったもの。なお、電源周波数区分50Hzの地域では周波数変換所が設けられ、新幹線電源用に60Hzに変換している。
北陸新幹線は軽井沢駅～佐久平駅間で50/60Hzの切り替えを行う。
上記以外の山陽（東海道新幹線を延長した形で建設された）・東北・上越・九州（鹿児島ルート）の各新幹線はそれぞれの沿線地域と同じ（山陽・九州は60Hz、東北・上越は50Hz）。
ミニ新幹線である山形新幹線と秋田新幹線は、改軌前より50Hz・20,000V交流電化された区間であったため、改軌後もこれをそのまま採用し、直通車両を複数電源対応とした。

車両技術
機関車などにみられる「動力集中方式」（無動力の客車を牽引する方式）ではなく、動力を編成各車両に分散させる「動力分散方式」（電車方式）を用いて、加減速能力の向上、軽量化、軌道への負荷軽減を図っている。ただし、非常に高価となるため、海外への販売（台湾や一時期韓国KTXなどにも導入計画があったが、韓国の場合、高価を理由にフランスのTGVに変更された。）が困難であることや、修理時の費用が高いのが短所である。
編成全体で大出力を確保するため、編成内における電動車（動力車）の比率を極力多くする。東海道・山陽新幹線の初代車両0系や、東北・上越新幹線開業時の車両である200系は全車が電動車であった。また東海道・山陽新幹線で使用されている500系も最高速度300km/hの高速運転を行うために全車が電動車となっている。
車両は、高速運転時にトンネルに進入するなどの気圧変動による居住性の低下を防ぐために、航空機なみの気密構造となっている。

他線区への直通
ミニ新幹線と呼ばれる区間（山形新幹線の福島～新庄間、秋田新幹線の盛岡～秋田間）は、在来線の線路を標準軌に改軌改良し、新幹線直行特急として直通乗り入れを行っているもので、法律や設備などの上では正式な新幹線路線ではなく、あくまで在来線である（これらの路線を新幹線と呼ぶのは、利便性やイメージ戦略上の理由である）。そのため、最高速度は一般の在来線と同じく130km/h程度に制限されている。また、このような運転形態を、新幹線と在来線を直通することから「新在直通（運転）」と呼ぶことがある。
在来線を改軌せずに新幹線への乗り入れを可能にするフリーゲージトレインの開発が鉄道総合技術研究所により進められているが、現在のところ実用化の時期は未定である。

営業中の路線

新幹線（フル規格）
東海道新幹線東京駅～新大阪駅間 515.4km（JR東海）
山陽新幹線新大阪駅～博多駅間 553.7km（JR西日本）
東北新幹線東京駅～八戸駅間 593.1km（JR東日本）
上越新幹線大宮駅～新潟駅間 269.5km（同上）
北陸新幹線高崎駅～長野駅間 117.4km（同上）
2006年現在ではまだ北陸地方へ達していないため、便宜上「長野新幹線」という愛称が付けられている。開業当初は「長野行新幹線」と「行」の字が入っていたが、これは当時「『長野新幹線』という名称にされてしまうと、『長野までで完成』というイメージを与え、長野以遠への延伸の芽を潰すことになりかねない」という反対があったため。
九州新幹線鹿児島ルート新八代駅～鹿児島中央駅間 126.8km （JR九州）
なお、東海道新幹線と山陽新幹線を合わせて「東海道・山陽新幹線」、東北新幹線と上越新幹線を合わせて「東北・上越新幹線」と呼ぶ事がある。
他社の車両が乗り入れているのは東海道・山陽新幹線（東海道新幹線にJR西日本の車両、山陽新幹線にJR東海の車両）のみで、それ以外の新幹線はすべて自社車両で運行されている。
ちなみに、東京駅では東海道新幹線と東北新幹線の線路が接続されていないため、現在、博多から八戸まで（その逆も）直通で行くことはできず、必ず東京駅での乗り換えが必要とされる。国鉄時代には、当初両線の直通運転を前提として建設の計画がなされていたというが、東京を貫通する需要がほとんどないという調査結果、周波数の違い（東海道・山陽・九州新幹線は60Hzで、その他は50Hz）、それに東北・上越新幹線用のものには降雪対策が施されるなどといった車体設計の違いから、実現には至らなかった。

新幹線直行特急（ミニ新幹線）
秋田新幹線盛岡駅～秋田駅間（田沢湖線・奥羽本線（JR東日本）
山形新幹線福島駅～新庄駅間（奥羽本線（同上）
東北新幹線延伸部と長野新幹線の一部はミニ新幹線として建設する事が計画されたが、結局フル規格で建設された。

新幹線規格在来線
新幹線の回送線を旅客扱いする様にしたものであるが、距離が短く高速運転を行わないなどといった理由で在来線扱いになっている。しかし車両は新幹線のものであるため、同線を走る列車は一般の「特急列車」扱いとされ、乗車の際に特急券を乗車券の他に要する。また博多南線の列車はJRにおける列車愛称がない唯一の特急列車ともなる。
博多南線博多駅～博多南駅間 8.5km （車両基地への回送線を旅客化）（JR西日本）
上越線（支線）越後湯沢駅～ガーラ湯沢駅 1.6km （保守用の引き込み線を旅客化。上越新幹線と接続し、線路名称上も上越線の一部となっている。通称ガーラ湯沢線）（JR東日本）
新幹線では、東京駅から上野駅・品川駅などの短距離区間でも自由席特定特急料金が840円となるのに対し、この区間は在来線特急扱いの列車しか走らないこともあり、特定特急料金がJRの特急料金では最低の100円となる。

新幹線鉄道規格新線
新幹線鉄道規格新線とは、路盤・トンネルなどの構造物を新幹線規格で建設し、軌間1,067mmのレールを敷設して在来線の車両を走らせるもので、「スーパー特急方式」とも呼ばれる。以下の様な例がある。
津軽海峡線（青函トンネル）新中小国信号場～木古内駅間。線路間隔4.4m、ゲージ1,435mmに対応するスラブ軌道を採用。現在は1,067mmにボルトで固定してあるが、北海道新幹線の建設後は三線軌道となる予定。青函トンネル内は国鉄時代に製造された旧型特急車両（通常制限最高速度120km/h）でも140km/h現示まで出せ、新幹線のアナログATCと互換性のあるATC-L形を採用している（但しJR各社はATCシステムのデジタル化を進めており、北海道新幹線建設後は置き換えられる可能性が高い）。なお、勾配は±15‰以内、カーブ半径もR＝6500程度と、新幹線規格の範囲で抑えている。
瀬戸大橋線茶屋町駅～宇多津駅間。但し児島駅～宇多津駅間の鷲羽山トンネルと瀬戸大橋は新幹線と在来線の複々線にできる空間が確保されているだけで、新幹線用の線路は未敷設である。茶屋町駅～児島駅間は一部で勾配やカーブが新幹線規格に適合していない区間があるので、その区間は別途新幹線用の線路が敷設される。
北陸新幹線と九州新幹線鹿児島ルートの一部はスーパー特急方式で着工されたが、後にフル規格に変更された。また、九州新幹線長崎ルートについても一部スーパー特急方式で建設する事が検討されている。
また北越急行ほくほく線も広義のスーパー特急に含まれる。

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