前述のとおり、新幹線は軌間や電圧、運行管理システムなど在来線と異なる技術基準が多く採用されており、基本的には他国の高速鉄道で行われているような在来線との直通運転はできない。しかし、新幹線列車を在来線に直通運転させる、あるいは在来線列車を新幹線規格の路線に走行させて利便性を確保しようとする研究が行われている。
路線.
整備新幹線以前に計画された路線は、計画が失効した成田新幹線を除き開業しており、整備新幹線の一部も開業している。しかしその一方で、基本計画が定められたまま着工の目処が全く立っていない路線も存在する。
このほか、東海道・山陽新幹線にならって相互直通運転がなされている新幹線同士を総称し、「東海道・山陽・九州新幹線」、「山陽・九州新幹線」、「東北・北海道新幹線」、「北海道・東北新幹線」と呼ぶことがある。
営業中の路線.
標準軌新線（フル規格）.
JR東日本とJR北海道は東北新幹線と北海道新幹線で、JR東日本とJR西日本は北陸新幹線で、JR東海とJR西日本は東海道新幹線と山陽新幹線で、JR西日本とJR九州は山陽新幹線と九州新幹線で、それぞれ相互直通運転を行っている。以前、山形新幹線用・秋田新幹線用の車両の一部は保有会社からの貸出であったが、現在はすべてJR東日本の所有する車両で運行されている。
新幹線直行特急（ミニ新幹線）.
新幹線規格在来線.
新幹線の回送線で旅客扱いを行う区間。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とされているが、車両や設備は新幹線のものであるため、これらの路線を走る列車は一般の「特急列車」扱いとされ、乗車の際には乗車券のほかに特急券を要する。
新幹線鉄道規格新線.
北陸新幹線と九州新幹線鹿児島ルート・西九州ルートのそれぞれ一部区間は、当初この方式で着工されたが、後に標準軌新線（フル規格）に変更されたため、この方式で開業した新幹線路線は存在しない。
計画路線.
整備計画路線.
列車名.
歴史.
経緯・背景.
戦前における高速鉄道.
そこで標準軌に改軌する提案も、明治から大正にかけて何度か出されていたが、政争や予算問題などから結局実現しなかった（日本の改軌論争も参照）。