米标准轨佈设，与原有纵贯台湾南北的台湾铁路的1,067毫米轨距不同；全线皆为交流25KV电气化路线，路线的最小曲线半径为6,250公尺，最大坡度除一处高达35‰外，其余以25‰为基准建设，隧道断面面积为90平方公尺。其中彰化八卦山隧道至左营路段採用连续高架桥设计，总长157公里，2004年完工时曾是世界最长的高架桥，2010年之后为全球第二长。信号系统方面，採用相容于单线双向运行的列车自动控制系统（ATC），行车管理中心则设置于桃园站旁运务管理中心地上建筑内。使用的列车是由川崎重工、日本车辆、日立制作所