『新幹線変形ロボ シンカリオン』（しんかんせんへんけいロボ シンカリオン、）は、ジェイアール東日本企画・小学館集英社プロダクション・タカラトミーの3社によって立ち上げられたプロジェクトにより開発され、タカラトミーから発売されている新幹線から巨大ロボットに変形するプラレールの玩具シリーズ、ならびにそれを基とするテレビアニメ作品・劇場版アニメ作品などのメディアミックス作品群。

2021年以降の作品は『新幹線変形ロボ シンカリオンZ』に名称を改めて展開している。

概要 
プラレールの玩具シリーズとしては、トミカハイパーシリーズのプラレール部隊として2012年から2013年にかけて展開されていた『プラレールハイパーシリーズ』の後継にあたる。子どもたちに鉄道ロボットという夢のある新しいコンテンツを提供すべく、“正体不明の巨大な敵に立ち向かうため、日本の夢と技術が詰まった新幹線をベースに開発されたロボ”という設定で、JR東日本監修（テレビアニメのスポンサーも担当）のもと、実在する新幹線がロボットに変形するキャラクターとして誕生した。タカラトミーの変形ロボットで鉄道車両をモチーフとしたものは、前身のトミーが手がけていた『超特急ヒカリアン』・『電光超特急ヒカリアン』以来となる。

本作の特徴としてJR東日本グループのジェイアール東日本企画が企画時から関与していることが挙げられ、JR東日本の呼びかけに応じる形で新幹線を運行するJR各社（JR東海・JR西日本・JR北海道・JR九州）をはじめ、新幹線車両を保有していないJR四国を含めた関連企業も協力している。2018年から放送されたテレビアニメには実在する鉄道関係施設も登場しており、この経緯からテレビアニメでは初めてJRマークが正式使用された。

テレビアニメは従来のプラレールのターゲット層である未就学児から小学校低学年の男児だけでなく、JR各社の協力体制が功を奏して鉄道ファンの大人からも人気を得たことが特徴として挙げられる。作中には初音ミクや『新世紀エヴァンゲリオン』とのコラボレーションや、JR発足初期のCM（クリスマス・エクスプレス、ファイト!エクスプレス、劇場版ではJR SKISKI）や他局を含めたテレビ番組（プロフェッショナル 仕事の流儀、タモリ倶楽部、クイズ$ミリオネア など）のパロディといった「子どもと一緒に見るであろう大人」が好みそうな要素が仕込まれており、鉄道に興味のない大人たちも引き込んでいった。また、従来タカラトミーでは小学生で戦隊ものに興味が移ってしまうことが悩みであったが、シンカリオンの登場によりプラレール離れを防いで対象年齢を小学校高学年まで広げ、さらにその後はNゲージへの移行を狙うといったグループ全体の販売戦略の確立にも繋がっている。

歴史

企画の発足から初期「シンカリオン」 
企画の発端となったのはテレビ東京系列で放送されていた『のりスタ!』。2012年から2013年ごろに放送された「新幹線の走行シーン」が好評であったため新幹線というコンテンツを活かす企画が検討されるが、当初新幹線を保有するJR各社からは新幹線のキャラクター化の許諾を得られず、交渉を重ねて唯一許諾を得られたJR東日本の協力により企画は始動した。

JR東日本の子会社であるジェイアール東日本企画と、『のりスタ!』を製作した小学館集英社プロダクションの主導により「新幹線E5系をモチーフにしたロボット」のコンセプトモデル『Project E5』が製作され、2014年6月の東京おもちゃショー2014で展示された。参考出品であったため当初は玩具として展開する予定はなかったが、タカラトミーの参加により認知度の高い「プラレール」をベースとした商品化が検討される。タカラトミーと小学館ミュージック&デジタル エンタテイメントによって玩具とアニメーションを両立するデザインについての検証が何度も重ねられ、実車サイズから変形する「映像用」と、デフォルメされたプラレールから変形する「玩具用」の2種類のデザインが完成した。

2015年3月16日にジェイアール東日本企画・小学館集英社プロダクション・タカラトミーの3社原案による新たなコンテンツとして『新幹線変形ロボ シンカリオン』が発表され、「シンカリオン E5はやぶさ」の紹介映像が公開される。2015年7月18日に「シンカリオン E5はやぶさ」「シンカリオン E6こまち」、次いで2015年9月17日に「シンカリオン E7かがやき」が発売される。JR東日本の呼びかけに応じる形で他のJR各社の許諾も得られたことで「シンカリオン H5はやぶさ」「シンカリオン 500こだま」「シンカリオン N700Aのぞみ」、兄弟機の「シンカリオン E3つばさ フレアウイング」と「シンカリオン E3つばさ アイアンウイング」、3体合体の「シンカリオン トリニティー」が発売され計9種類まで拡大、2016年6月1日には山寺宏一が歌うテーマソング『チェンジ！シンカリオン』も発表された。

初期「シンカリオン」シリーズで最後に発売されたのは、2017年10月5日に発売された500 TYPE EVAをモデルとした「シンカリオン 500 TYPE EVA」であった。

テレビアニメ化以降の「DXSシンカリオン」 
テレビアニメ『新幹線変形ロボ シンカリオン THE ANIMATION』は、2017年10月7日の第24回鉄道フェスティバルにおいてTBS系列での放送開始が発表され、アニメサタデー630で放送されていた『トミカハイパーレスキュー ドライブヘッド 機動救急警察』の番組枠を引き継いで2018年1月6日から放送が開始された。それに伴って玩具シリーズは「DXSシンカリオン」シリーズにリニューアルされ、すでに発売されていたシンカリオンもデザインや仕様が一新されたものがテレビアニメの進行に合わせて順次再販された。なお、以下の文中において初期シリーズを「旧製品版」、リニューアルされたDXSシリーズを「DXS版」と呼称する。

テレビアニメは当初12月までの1年間の予定であったが好評により延長が決定され、テレビアニメの人気を受けて玩具の売り上げも急増する。2019年6月22日放送では2019年冬の劇場版アニメの公開も発表されるが、TBSの番組編成上の都合により2019年6月29日放送でテレビアニメの放送が終了する。

劇場版アニメ『劇場版 新幹線変形ロボ シンカリオン 未来からきた神速のALFA-X』は2019年12月27日に公開される。劇場版アニメ公開を前に10月11日から10月30日までの期間限定で東京と大阪にポップアップストアが設置され、11月21日には劇場版アニメに登場する「シンカリオン ALFA-X」が発売された。また劇場版公開に連動して京都鉄道博物館では7月20日から9月10の期間と公開直前の12月16日に、JR東日本では公開に合わせて東北地方で11月27日から翌年2月24日の期間にそれぞれイベントが開催された。

DXS版で最後に発売されたのは、2020年12月5日に発売された同年6月に運用開始されたばかりのN700S系をベースにした「シンカリオン N700Sのぞみ」であった。

テレビアニメ第2期以降の「シンカリオンZ」 
第2期のテレビアニメ『新幹線変形ロボ シンカリオンZ THE ANIMATION』は、2021年2月12日放送のテレビ東京系列『おはスタ』で放送開始が発表され、第1話を先行公開するイベントが3月26日に開催され後に4月9日から放送が開始された。それに伴って玩具シリーズは「シンカリオンZ」シリーズに改められ、在来線をベースに開発された特殊武装車両「ザイライナー」やザイライナーとの合体「Z合体」も併せて商品展開されていく。4月10日には「シンカリオンZ E5はやぶさ」「シンカリオンZ E6こまち」と「ザイライナー E235ヤマノテ」「ザイライナー E259ネックス」、次いで4月24日に「シンカリオンZ E7かがやき」と「ザイライナー E353アズサ」がそれぞれ発売された。

第2期の主人公・新多シンは都市伝説に興味があるキャラクター設定がされており、テレビアニメ作中には都市伝説に関するエピソードや敵が登場することも多い。2021年8月6日には総集編として関暁夫がシンカリオンZを都市伝説風に解説する動画が作成され、Youtube上で公開された。

2022年3月18日放送でテレビアニメが終了。2022年8月4日にはアニメに登場した「ダークシンカリオンアブソリュート」が発売され、その後はアニメには登場しなかった「シンカリオンZ アルファエックス」「シンカリオンZ 700Sソニックニチリン」「シンカリオンZ 500 TYPE EVA-02」も発売された。2023年2月28日からは公式サイト上でアニメの後日談を描いた全8話の新作ショートノベルが公開されており、アニメ未登場であった「シンカリオンZ 700Sソニックニチリン」のほか新機軸の「PF-Z合体」によって強化されたシンカリオンZが登場した。

他作品との関わり 
2018年8月24日に公開された劇場版アニメ『映画 ドライブヘッド〜トミカハイパーレスキュー 機動救急警察〜』には、テレビアニメ第1期の主人公・速杉ハヤトとE5はやぶさがゲスト出演した。なお、劇場版公開前に放送されていたテレビアニメ『トミカハイパーレスキュー ドライブヘッド 機動救急警察』は、本作テレビアニメ第1期が放送された放送枠の前番組である。

『新世紀エヴァンゲリオン』とは前述した旧製品版「シンカリオン 500 TYPE EVA」を皮切りに、テレビアニメ第1期第31話・劇場版アニメ・テレビアニメ第2期第21話ではコラボレーションした物語が作成され『新世紀エヴァンゲリオン』のキャラクターもゲスト登場した。それに伴ってDXS版・シンカリオンZとしても玩具が発売されており、またテレビアニメ第2期第21話には500 TYPE EVAと同様に『新世紀エヴァンゲリオン』のラッピングが施された名鉄2000系（ミュースカイ）をベースとしたザイライナーが登場し玩具も発売された。またテレビアニメ終了後に京都鉄道博物館で特別展示されたエヴァンゲリオン弐号機をモチーフとした500 TYPE EVA-02をモデルにした「シンカリオンZ 500 TYPE EVA-02」も発売された。

バーチャルシンガー『初音ミク』をモチーフとしたキャラクター「発音ミク」がテレビアニメ第1期および劇場版に登場した。発音ミクの音声には、初音ミクの音声データ提供者の藤田咲がアフレコした音声を、「初音ミク」の発売元であるクリプトン・フューチャー・メディアが音声合成して音声化するという試みが行われた（初音ミクのメディア展開も参照）。発音ミクが着用するパイロットスーツも「初音ミク」の基本コスチュームをモチーフとしており、劇場版の3Dライブシーンは初音ミク発売元のクリプトン・フューチャー・メディア自らが制作を手掛けている。また、発音ミクが作中に初登場した第1期第15話では、函館駅前のモブキャラクターとして初音ミク以外のピアプロキャラクターズたち（鏡音リン・レン、巡音ルカ、MEIKO、KAITO）も登場している。なお、声を担当する藤田は、初音ミクと発音ミクは別人という認識を示している。

『銀河鉄道999』とは、2019年の劇場版アニメに合わせてコラボレーションしたグッズが製作された。テレビアニメ第2期にはメーテルをモチーフにしたキャラクターが登場し、作中に登場した「超進化銀河鉄道ヴァルドル」の発進シーンでは映画版『銀河鉄道999 (The Galaxy Express 999)』の主題歌であるゴダイゴの「銀河鉄道999」が挿入歌として使用された。

『ハローキティ』とは、ハローキティ新幹線をベースとしたDXS版「シンカリオン ハローキティ」が2020年3月26日に発売されPVが作成されたほか、テレビアニメ第2期第16話ではPVを元にした物語が作成された。

玩具展開 
新幹線超進化研究所によって新幹線車両をベースに開発された人型ロボット。新幹線形態の『シンカンセンモード』（アニメでは「モードシンカンセン」）と、ロボット形態の『シンカリオンモード』（アニメでは「モードシンカリオン」）の2形態が存在する。

商品展開はプラレールと同じ3両編成が基本で、3両編成の場合は1両目が上半身と腕、3両目が下半身と両足に変形し、中間車は多くの場合は武器庫になっている。車両の造形もプラレールと可能な限り同じでプラレールとしての走行も可能だが、ごく一部を除いて電動走行を可能とする動力車は付いていない。そのため手転がしが基本となるが、別売りの動力貨車「超進化電動貨物＆ウエポンコンテナセット」などの動力ユニットを中間車に組み込むことで、中間車が武器庫になっているシンカリオンについては単体で電動走行させることも可能。

シンカリオン 
テレビアニメ放送以前に発売された旧製品版シンカリオンと、テレビアニメ放送以後のDXS版シンカリオンでは仕様が異なる。例えば旧製品版は各部にバネが仕込まれて半自動で変形するギミックになっているが、DXS版ではバネは採用されておらず手動での変形が基本となる。デザインや名称なども一部一新されているため、以下の説明ではDXS版の玩具を基本として説明するが、旧製品版について言及する必要がある場合は「旧製品版」と明記した上で記載する。

テレビアニメでは開発は当初E2系をベースに試作機「シンカリオン E2」が作られるが、「第1回超進化速度到達実験」の爆発事故で失われ、残された機体の後尾車が大宮支部に留置されている。また、シリーズ構成の下山健人からは、試作にはE3系も使用されていた可能性が示唆されている。

基本的構造のシンカリオン 
以下に列記するのは特殊な合体機構を持たない基本的な構造を有するシンカリオン。旧製品版から存在した「リンク合体」の機構のみを持つが、一部は単独での特殊なモードチェンジを備える。

とは上半身と下半身で異なるシンカリオンを合体させるシステムで、基本的構造のシンカリオン同士で可能。上半身となるシンカリオンをベースに、下半身となるシンカリオンに準じた性能が強化または追加される。合体時には上半身となるシンカリオンの頭部に、下半身となったシンカリオンに対応したヘッドギアが装着される。リンク合体後の名称は上半身になるシンカリオンの型式番号と下半身になるシンカリオンの型式番号を「+（リンク）」で繋いで表記する。具体的に例示すると、E5はやぶさとE6こまちのリンク合体は「E5+E6」となる。

テレビアニメでは、リンク合体のためにはそれぞれの運転士たちが呼吸を合わせることが必要で、合体時に上半身となったシンカリオンの下半身、および下半身となったシンカリオンの上半身と運転士は別の場所に転送される。テレビアニメにはE5とE6・E7・800の3種類と、E6とE3の計4種類のリンク合体が登場した。

 シンカリオン E5はやぶさ
 東北新幹線・北海道新幹線「はやぶさ」で使用されているJR東日本E5系新幹線をモデルにしたシンカリオン。時速320kmの最高速度を誇るE5系のスピードを活かして開発されたバランスの良い機体で、脚部のスラスターによる大ジャンプや空中の高速機動が特徴。背部にウイングを装備することで性能が強化される。全長・重量は26.5m・100t（旧製品版では40m・100t）。2020年8月6日には、プロジェクト発足5周年を記念して可動部が追加された「シンカリオン E5はやぶさ 可動プラス」も発売された。
 使用武器は「カイサツソード」。カイサツソードは前述のウイングを装備すると「超カイサツソード」へと強化される（テレビアニメでは適合率上昇で変化）。また、必殺技は胸部ユニットから放たれる粒子ビーム「グランクロス」。

 シンカリオン E6こまち
 秋田新幹線「こまち」で使用されているJR東日本E6系新幹線をモデルにしたシンカリオン。ミニ新幹線区間にも入線可能なE6系の機動性を活かした機体で、脚部のホイールにより障害物を乗り越えて移動できることが特徴。全長・重量は25m・95t（旧製品版では38.5m・95t）。
 使用武器は2丁の「フミキリガン」。正確性を重視した2丁拳銃としての運用のほか、長距離狙撃に適したライフルモードの「フミキリライフル」、火力重視のキャノンモードの「フミキリキャノン」など多彩な運用が可能（テレビアニメでは放水銃や火炎放射銃としても使用）。頭部には正確な射撃および敵の弱点解析が行える射撃用スコープ「ナマハゲゴーグル」が装備されている。

 シンカリオン E7かがやき
 北陸新幹線「かがやき」で使用されているJR東日本E7系新幹線をモデルにしたシンカリオン。山間部でも走行可能なE7系のパワーを活かした機体で、脚部はクローラーで荒地でも最大の力を発揮できることが特徴。全長・重量は26m・110t（旧製品版では40m・110t）。
 使用武器はE7系の台車をベースに開発された「シャリンドリル」。どんな相手も貫くほどの凄まじい威力を誇るが、非常に重量があるため本機のパワーがないと扱いが難しい武器となっている。テレビアニメでは2倍以上のサイズの「シャリンドリル・パワードモード」に強化される。

 シンカリオン E3つばさ
 シンカリオン E3つばさ アイアンウイング
 ともに山形新幹線「つばさ」で使用されているJR東日本E3系新幹線をモデルにしたシンカリオンで、塗装は「つばさ」が2014年以降の新塗装、「つばさ アイアンウイング」が営業運転開始時の旧塗装。多彩な塗装や編成で運用されるE3系の特徴により、変幻自在の戦い方が可能な忍者をイメージした機動性の高い機体となっている。全長・重量はともに25m・95t（旧製品版では38.5m・95t）。
 使用武器はつばさが赤の「フミキリシュリケン」、つばさ アイアンウイングは刃の片方がのこぎり上に変化した緑の「シンフミキリシュリケン」。2分割させ両手に持つ「クナイモード」、合体させて大きな手裏剣として使用する「シュリケンモード」の2つの運用がある。
 旧製品版では「E3つばさ フレアウイング」「E3つばさ アイアンウイング」の名称であり、シンカリオンモード時の名称も「E3つばさ フレアバイオレッド」「E3つばさ アイアンウィンド」に変化する。兄弟機として扱われ、使用武器は色が異なる「フミキリシュリケン」。リンク合体時には2つのフミキリシュリケンも合体して「シュリケンソレイユ」となる。
 テレビアニメ第1期ではフル規格新幹線をベースにしたシンカリオンが入線できない山形新幹線区間をカバーする「山形局地戦専用シンカリオン」として開発された。当初つばさのみが運用されていたが、機体損傷に伴い、つばさ アイアンウイングが一時的に代替機として使用された。つばさ復帰後につばさ アイアンウイングは予備機となったが、セイリュウが一時的に使用した際にE3両機が共闘し、フミキリシュリケンが合体する演出も描かれた。

 シンカリオン N700Aのぞみ
 東海道新幹線・山陽新幹線「のぞみ」で使用されているJR東海N700Aをモデルにしたシンカリオン。高性能な700Aの性能をコンセプトに、様々な場面でハイレベルへの対応を目指した機体。中間車両が追加合体することで性能を高める「アドバンスドモード」を搭載している。全長・重量は通常時は26.5m・100t（旧製品版では40m・100t）、アドバンスモード時は27.5m、140t（旧製品版では45m・140t）。
 使用武器はアドバンスドモード時に右腕には射出可能な「ドラゴンナックル」、左腕には防御武装「アドバンスドアーム」が装着される。
 テレビアニメ第1期では一対一での戦闘に特化した「デュエルモード」が追加、発動すると周囲に特殊バリアを展開して外部からの干渉を受けない。また、必殺技に「エアロダブルスマッシュ」が追加されている。物語終盤には運転士交代に伴い、武器として「マクラギヌンチャク」が追加される。

 シンカリオン H5はやぶさ
 東北新幹線・北海道新幹線「はやぶさ」で使用されているJR北海道H5系新幹線をモデルにしたシンカリオン。白いヘッドギアとオレンジのボディカラー以外の基本性能や武装はE5と同様だが、寒冷地での運用を想定した発熱システム「ユーバリ・ヒート・システム（YHS）」がボディやカイサツソードに内蔵されているのが特徴。全長・重量は26.5m・100t（旧製品版では40m・100t）。

 シンカリオン 800つばめ
 九州新幹線「つばめ」で使用されているJR九州800系新幹線をモデルにしたシンカリオン。全長・重量は26.5m・95t。
 使用武器は「パンタグラフアロー」。長時間の滑空が可能な「スワローウイング」、空中での姿勢制御を可能にする「サブウイング」といった「ダブルウイングシステム」を搭載しており空中での高い戦闘能力を持り、リンク合体により他のシンカリオンの空中戦性能を高めることが可能。

 
 実在する車両をモデルにしていない「漆黒の新幹線」から変形するシンカリオン。テレビアニメ作中には序盤から黒い粒子をまといながら日本全国の新幹線線路上に現れ、周囲にあるものを巨大怪物体へと変化させる存在として登場し、後に玩具として発売されると一時品薄になるほどの人気を得た。
 中間車両はプラレールとしての電動走行が可能な仕組みになっている。通常のシンカリオンモードに加えて、パーツが合体してドラゴン状になった中間車と後尾車を下半身として合体する「ドラグーンモード」、ドラゴンを構成する追加パーツをシンカリオンモードの全身に装着する「バーサーカーモード」が存在する。全長・重量は通常時が26.5m・100t、ドラグーンモード時が19.5m・150t、バーサーカーモード時が34m・120t。なお、中間車両の電動走行機能や、バーサーカーモードの部品は他のシンカリオンにも装着可能。
 使用武器は「ダークカイサツソード」「ダークドラゴンナックル」など各シンカリオンに準じた7種類を装備。必殺技として「デスグランクロス」を備え、バーサーカーモードでは「ヘルグランクロス」に強化される。
 テレビアニメ第1期では開発者のイザは戦闘で使うことを禁じていたがセイリュウが独断で戦闘に使用、その時点で実践投入されていたシンカリオン6機全てを一時は圧倒するが、リュウジの指揮により連帯感を得たシンカリオンの前に屈する。この一件によりイザはブラックシンカリオンの使用を厳に禁ずるが、エージェントらの協力により態度を軟化、出撃許可とともに「バーサーカーモード」の使用許可をセイリュウに与える。その後はカイレンらとの戦いを通じてセイリュウとともに大宮支部所属となり、後記の「ブラックシンカリオン 紅」に進化した。

 ブラックシンカリオン 紅
 ブラックシンカリオンが運転士との適合率上昇により覚醒した姿。玩具としては「ブラックシンカリオン」と別で発売されているが、テレビアニメでは同一機体からの変化として扱われている。全長・重量は26.5m・100t。
 使用武器は「ダークカイサツソード 紅」だけだが、ブラックシンカリオンに付属していた各武器およびドラゴンの色違い部品が、本品および少し前に発売された「E3つばさ アイアンウイング」の購入特典として配布された。

 シンカリオン 923ドクターイエロー
 「ドクターイエロー」の愛称で呼ばれているJR東海923形をモデルにしたシンカリオン。モデルの実車は後述の「シンカリオン ドクターイエロー」と同様だが、こちらはクロス合体の機構を持たない3両編成。全長・重量は26.5m・100t。
 使用武器は変形可能な「レールガン」。接近戦では剣形態の「トロリブレード」としても運用が可能。頭部にはドクターイエロー同様に「スキャンアイカメラ」が搭載されている。

 
 劇場版で登場。「ALFA-X」の愛称で開発が行われているJR東日本E956形をモデルにしたシンカリオン。E5はやぶさをベースに全てのシンカリオンの技術を結集して開発されており、内部には「ユーバリ・ヒート・システム（YHS）」も備えている。5両編成で1両目・5両目で変形する機動性重視の「アルファモード」、5両全てで変形するパワー重視の「エックスモード」の2形態が存在する。後述のオーバークロス合体時には5両全てを使用することも可能。全長・重量はアルファモード時が25.5m・100t、エックスモード時が31.5m・220t。
 使用武器は「シャリョウブレード」。「シャリョウブレード トウキョウ」「シャリョウブレード シンアオモリ」の2本を備え、アルファモードでは両手に1本ずつ装備し、エックスモードでは2本を合体させた「レンケツシャリョウブレード」として使用する。その他にアルファモードでは「フミキリシュリケン」も備えており、エックスモードでは必殺技は「エックスグランクロス」。

トリニティー合体機構を持つシンカリオン 

トリニティー合体とは、「700シリーズ」と呼称される700のぞみ・700ひかりレールスター・N700みずほの3機が合体してシンカリオン トリニティーとなる合体システム。旧製品版から存在。3体のいずれが中心になるかによって以下の3つの形態をとる。
 のぞみバージョン - 700のぞみが中心、右腕右脚が700ひかりレールスター、左腕左脚がN700みずほで構成される基本形態。旧製品版では「トリニティーN（ネオ）」。
 ひかりバージョン - 700ひかりレールスターが中心、右腕右脚がN700みずほ、左腕左脚が700のぞみで構成される狙撃重視形態。旧製品版では「トリニティーH（ハイパー）」。
 みずほバージョン - N700みずほが中心、右腕右脚が700のぞみ、左腕左脚が700ひかりレールスターで構成される格闘重視形態。旧製品版では「トリニティーM（メガ）」。
全長・重量はいずれの形態も55m・140t。使用武器は700シリーズそれぞれの武器を合体させた「トリニティーハルバード」。なお、700シリーズ各機は下半身と武器台座が変形した「ギガブースター」として、基本的構造のシンカリオンの背中に合体することが可能。

テレビアニメでは3人の適合率が一致する場合のみ合体できる。なお、700のぞみが中心となる「のぞみバージョン」のみ登場し、「ギガブースター」形態も登場しない。必殺技として各車両先頭部の連結器カバーを開いて粒子ビームを同時に発射する「トリニティーストライク」を使用。

 シンカリオン 700のぞみ
 山陽新幹線「のぞみ」で使用されているJR西日本700系新幹線をモデルにした1両で変形する小型のシンカリオン。全長・重量は19m・45t。700シリーズ3機の中ではバランスタイプとして性能が調整されている。
 使用武器は専用ICカード・Shincaをモチーフにした「シンカブレード」。ギガブースターとしてE5はやぶさに合体すると、シンカブレードが超カイサツソードと合体して「シンカイサツソード」へと強化される。 
 シンカリオン 700ひかりレールスター
 山陽新幹線「ひかりレールスター」用に開発されたJR西日本700系新幹線をモデルにした1両で変形する小型のシンカリオン。全長・重量は19m・45t。700シリーズ3機の中では遠距離狙撃タイプとして性能が調整されている。
 使用武器は踏切をモチーフにした「カンカンガン」。ギガブースターとしてE6こまちに合体すると、カンカンガンがフミキリガンと合体して「トリプルフミキリガン」へと強化される。 
 シンカリオン N700みずほ
 山陽新幹線・九州新幹線「みずほ」で使用されているJR西日本・JR九州N700系新幹線をモデルにした1両で変形する小型のシンカリオン。全長・重量は19m・45t。700シリーズ3機の中では近距離格闘戦タイプとして性能が調整されている。
 使用武器は動輪をモチーフにした「ドウリンハンマー」。ギガブースターとしてE7かがやきに合体すると、ドウリンハンマーがシャリンドリルと合体して「ダイシャリンドリル」へと強化される。

クロス合体機構を持つシンカリオン 
クロス合体とは以下に列記するクロス合体機構を持つ特定のシンカリオン（以下「クロス合体機体」）と、基本的構造のシンカリオンの先頭車が合体するシステム。両腕と下半身はクロス合体機体の部品、頭部・胸部は合体相手の部品になるが、クロス合体機体に応じたヘッドギアが合体相手の頭部に装着される。クロス合体後の名称は主となるクロス合体機体と合体相手の型式番号を「×（クロス）」で繋いで表記する。具体的に例示すると、500こだまとE5はやぶさのクロス合体は「500×E5」となる。

テレビアニメでは運転士の適合率を上昇させるためのシステムとされ、ドクターイエローの場合は合体実現には双方の運転士の適合率が0.2％以内の誤差でないと合体できないという制約もあった。

 シンカリオン 500こだま
 山陽新幹線「こだま」で使用されているJR西日本500系新幹線をモデルにしたシンカリオン。初のリンク合体機構を持つ機体で、4両編成で1号車・3号車がシンカリオン本体に変形する。全長・重量は27m・120t（旧製品版では45m・120t）。旧製品版では基本的構造のシンカリオンとは変形機構が異なるクロス合体機構を持たない3両編成で、DXS版ではクロス合体用の機構を備えた2号車が追加された形。
 使用武器は4号車が変形する攻防一体の「ミサイルシールド」。ミサイルシールドの他にも全身にミサイル射出部が備えられ、一斉発射から攻撃に転じる攻撃的なシンカリオンになっている。ライフルやメイスにも変形可能な「シンゴウスピア」も備えており、クロス合体時には合体相手の武器と合体させて使用する。
 テレビアニメでは大人でも搭乗可能なシンカリオンとして開発され、E5はやぶさとのリンク合体「E5×500」が登場。全長・重量は31m・180t。使用武器はカイサツソードがシンゴウスピアと合体した「カイサツトライデント」。グランクロスが強化された「超グランクロス」を使用するが、当時は未完成な部分が多く、電力消費の問題から一発しか撃てないという欠点があった。

 シンカリオン ドクターイエロー
 「ドクターイエロー」の愛称で呼ばれるJR東海923形をモデルにしたシンカリオン。5両編成。全長・重量は35m・255t。
 使用武器は状況に応じて変形可能な「レーザーウェポン」。剣形状の「レーザーソード」、ガン形状の「レーザーブラスター」に変化する。また、N700Aのぞみのデュエルモードをベースに開発された小型バリアを張る「ケンソクレーザーシールド」を展開することが可能。頭部には相手の弱点などを探る「レーザースキャン」を搭載している。
 テレビアニメにはE5はやぶさとのリンク合体「E5×ドクターイエロー」が登場。全長・重量は38m・275t。必殺技は「ウルトラグランクロス」で、E5×500の弱点であった電力の大量消費を解消するために背面ウイングに大気中のエネルギーを収束して発射する。

 
 山陽新幹線で2015年11月7日から2018年5月13日の期間に運行された「エヴァンゲリオン初号機」をモチーフにしたラッピングが施された500系新幹線「500 TYPE EVA」をモデルにしたシンカリオン。4両編成。全長・重量は28.5m・123t。旧製品版・DXS版ともに「シンカリオン 500こだま」とほぼ同様の構造で、旧製品版では基本的構造のシンカリオンとは変形機構が異なるクロス合体機構を持たない3両編成。
 使徒型巨大怪物体の持つA.T.フィールドに対抗するために特務機関NERVと共同で開発された。基本性能は「シンカリオン 500こだま」とほぼ同じだが、使徒型巨大怪物体と同様にA.T.フィールドが備えられており、その他各部の意匠はエヴァンゲリオン初号機を模したパーツに変更されている。
 テレビアニメには『新世紀エヴァンゲリオン』とコラボレーションした第1期第31話および劇場版に登場した。アニメの地上波放送では、変形BGMに『残酷な天使のテーゼ』が使用された。

 シンカリオン ハローキティ
 山陽新幹線で2018年6月30日から運行されている「ハローキティ」をモチーフとするラッピングが施された500系新幹線「ハローキティ新幹線」をモデルにしたシンカリオン。4両編成。全長・重量はリンゴ積載トラック5台分・リンゴ積載トラック3台分。
 周りの人々を幸せにすることのできる力を持った大型ロボットで、通常のシンカリオン形態のほか、モードチェンジでハローキティのリボンを模したヘッドパーツを装着したハローキティモードに変形し、武装のシンゴウスピアは「リボンステッキ」に変化する。
 ハローキティとコラボレーションしたPVで登場したほか、テレビアニメ第2期第16話で登場した。

オーバークロス合体機構を持つシンカリオン 
オーバークロス合体とは以下に列記するオーバークロス合体機構を持つ特定のシンカリオン（以下「オーバークロス合体機体」）と、基本的構造のシンカリオンが合体するシステム。頭部・両腕・腹部・脚部はオーバークロス合体機体の部品、胸部・下腹部・大腿部は合体相手の部品になるが、合体相手に応じたヘッドギアがオーバークロス合体機体の頭部に装着される。オーバークロス合体後の名称はクロス合体と同様に2つの機体の型式番号を「×」（表記はクロス合体よりも大きい）で繋ぐが、テレビアニメ公式サイトの用語集ではカタカナ表記の「オーバークロス」が用いられているため、本項目でもカタカナ表記で統一する。合体後の名称を具体的に例示すると、E5はやぶさ MkIIとE6こまちのオーバークロス合体は「E5 MkII オーバークロス E6（E5 MkII×E6）」となる。

テレビアニメでは「謎の新幹線」の出現後にシャショットにプログラムが追加されたことで可能になる。

 シンカリオン E5はやぶさ MkII
 E5はやぶさと同様に東北新幹線・北海道新幹線「はやぶさ」で使用されるJR東日本E5系をモデルとするシンカリオン。E5はやぶさの後継機。全長・重量は27.5・125t。3両編成で先頭・後尾車両がシンカリオン本体に変形、中間車は一部が鳥型サポートメカ「上空探査機ハヤブサ」に変形して偵察や援護を行う。
 使用武器は刀身が線路を模した「カイサツブレード」で、通常は自動改札機型の鞘「ブレードケース」に収めている。必殺技のグランクロスは砲口が2門に増強された「デュアルグランクロス」となっている。オーバークロス合体の際には上空探査機ハヤブサがバックパックとして装着され飛行能力が付与される。
 テレビアニメにはE6・E7・N700A・923ドクターイエロー・ブラックシンカリオン 紅の4種類、劇場版にALFA-Xの計5種類のオーバークロス合体が登場した。全長・重量は一律で30.5m・245t。合体形態でのグランクロスはE6との「オオマガリグランクロス」、923ドクターイエローとの「トリプルグランクロス」、ブラックシンカリオン 紅との「オーバーグランクロス」、ALFA-Xとの「アルティメットグランクロス」など合体相手によって名称が変化する。

 
 実際の車両をモデルとしない「謎の新幹線」から変形するシンカリオン。フリーゲージ機能を持ち、在来線区間の走行も可能。新幹線としての形状はブラックシンカリオンに近いが、シンカリオン形体では頭部は鬼のような仮面で覆われている。E5はやぶさ MkIIの対となる機体で上空探査機ハヤブサ同様の「ブラックハヤブサ」を持ち、オーバークロス合体の機構も備える。3両編成。全長・重量は28m・135t。
 使用武器は2本の「フリーゲージカナボウ」。加えてブラックハヤブサが合体する「ライジングモード」の形態も存在し、ライジングモードでは2本のフリーゲージカナボウが一体化した「ヒライシンブレード」を用い、空気中の電気を集めて放つ必殺技「カイセイサンダー」が使用可能。
 キリンの案を元にイザが設計したとされ、物語終盤にキリンの乗機として登場する。劇場版ではソウギョクが搭乗して出撃するが、ビャッコに強奪されヴァルドルとの決戦に向かった。
 劇場版にはブラックシンカリオン 紅とのオーバークロス合体「ブラックシンカリオン オーガ オーバークロス ブラックシンカリオン 紅」が登場。全長・重量は30.5m・245t。使用武器は超ダークカイサツソードとフリーゲージカナボウが合体した「ダークフリーゲージソード」。

 シンカリオン N700Sのぞみ
 第1期テレビアニメ終了後の2020年7月1日から東海道新幹線・山陽新幹線「のぞみ」での運用が始まったJR東海N700S系をモデルとするシンカリオン。玩具の発売に際して、櫻井孝宏がナレーションなどを担当するオリジナルアニメーションが制作された。
 変形時には中間車両の一部が輸送式バッテリー「スプリームドラゴン」に変形し、さらにスプリームドラゴンと合体した「スプリームモード」を備えている。3両編成。全長・重量は通常時が27m・125t、スプリームモード時が28m・155t。
 使用武器は「クルマドメガンブレード」。通常時は銃形態の「ガンモード」として使用し、スプリームモードではスプリームドラゴンのバッテリーとコンセントレーションケーブルで接続され「クルマドメブレード」として使用する。

シンカリオンZ 
テレビアニメ第2期が放送開始された2021年以降「シンカリオンZ」のシリーズ名で玩具展開されている。旧「シンカリオン」シリーズと形状自体は共通しているが、腕や脚が着脱する形で変形するなど機構などが異なり、互換性はない。

テレビアニメにおいては新たに来たる脅威に対抗するために改良されたと語られており、旧シンカリオンの強化改造によるものとなっている。

基本的構造のシンカリオンZ 
以下に列記するのは特殊な合体機構を持たない基本的な構造を有するシンカリオンZ。シンカリオンZシリーズで新たに登場した「Z合体」の機構のみを持つ。

 シンカリオンZ E5はやぶさ
 東北新幹線・北海道新幹線「はやぶさ」で使用されるJR東日本E5系をモデルとするシンカリオンZ。スピードが持ち味で、背中のバーニアを利用した速攻を得意とする。全長・重量は26.5m・110t。
 使用武器は2本の「エキスカリバー」。脚部には高速移動を補助する「ハヤブサクロー」を備えている。
 PF-Z合体のために強化された「シンカリオンZ E5はやぶさ 改善型」は全長・重量は26.5m・109t。機体フレームが金色に変更され、各部のセンサーが青色に発光しており、武器は「エキスカリバー改」に強化される。

 シンカリオンZ E6こまち
 秋田新幹線「こまち」で使用されているJR東日本E6系新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。高い機動性と、正確な射撃が持ち味。全長・重量は26.5m・105t。
 使用武器は2本の「VVVFブラスター」。額部には対象の位置を察知する3Dレーダー、脚部の姿勢制御のための「ゾウリスパイク」を備えており正確な射撃を可能にしている。
 PF-Z合体のために強化された「シンカリオンZ E6こまち 改善型」は全長・重量は26.5m・104t。機体フレームが金色に変更され、各部のセンサーが青色に発光しており、武器は「VVVFブラスター改」に強化される。

 シンカリオンZ E7かがやき
 北陸新幹線「かがやき」で使用されているJR東日本E7系新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。パワーに優れる。全長・重量は26.5m・120t。
 使用武器は2本の「コウデンアツアックス」。2本は切れ味重視・破壊力重視の異なる特徴を持ち、状況に応じて使い分ける。

 シンカリオンZ 800つばめ
 九州新幹線「つばめ」で使用されているJR九州800系新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。飛行ユニットを装備しており単独でも飛行が可能。全長・重量は26.5m・105t。
 使用武器は2本の「パンタグラフクナイ」。投擲も可能で、空中からの遠距離攻撃が可能。

 シンカリオンZ N700Sのぞみ
 東海道新幹線・山陽新幹線「のぞみ」で使用されるJR東海N700S新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。超進化研究所の技術を結集して開発された機体で、最高クラスの運動性能を持つ。全長・重量は26.5m・110t。
 使用武器は2つの「イヌクギクロー」。高い運動性能を活かした格闘戦が得意で、跳躍からの「スプリームキック」なども使用可能。
 テレビアニメでは運転士が2名搭乗可能な「デュアル・グランパス・システム」を採用。

 シンカリオンZ 500こだま
 山陽新幹線「こだま」で使用されるJR西日本500系新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。瞬発力に優れ、素早い攻撃が可能。全長・重量は26.5m・110t。
 使用武器はは可変式ブレードの「シンゴウトウ」。

 シンカリオンZ 500 TYPE EVA
 山陽新幹線で2015年11月7日から2018年5月13日の期間に運行された「エヴァンゲリオン初号機」をモチーフとするラッピングが施された500系新幹線「500 TYPE EVA」をモデルにしたシンカリオンZ。全長・重量は26.5m・110t。頭部は初号機のデザインをベースとしたものとなっており、初号機をイメージしたヘッドギアも付属している。
 使用武器は「プログレッシブシンゴウトウ」。A.T.フィールドを無効化する「アンチA.T.フィールド」の能力を備えている。
 テレビアニメには『新世紀エヴァンゲリオン』とコラボレーションした第2期第21話に登場した。

 シンカリオンZ H5はやぶさ
 東北新幹線・北海道新幹線「はやぶさ」で使用されるJR北海道H5系新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。本体はE5とほぼ同型だが、寒冷地での運用を想定した装備を備えた機体になっている。
 使用武器は氷の弾丸を発射する「カンテラガトリング」。寒冷地仕様の装備として、吹雪での視界を確保する「ドウサンゴーグル」、雪上の機動力を発揮する「カンジキシールド」を備える。

 
 実在する車両をモデルにしていない「闇の新幹線」から変形するシンカリオンZ。5両編成で1・5両目を基本に変形するダークシンカリオンZ本体と、それ以外の部品で構成される「ダークホース」で構成される。ダークシンカリオンがダークホースと合体する「ケンタウロスモード」「デビルモード」が存在するが、詳細はダークホースの説明を参照。全長・重量は通常時は26.5m・105t、ケンタウロスモード時は28m・275t、デビルモード時は29.5m・275t。
 使用武器は「シャダンスピア」。背部には「ダークウィング」を備えている、滑空することが可能。必殺技「ダークグランクロス」は、デビルモードでは「デビルグランクロス」に強化される。
 テレビアニメではテオティのために開発された機体であり、テオティでなければ運転できない。強大な力を持つが運転士の心を奪う特性があり、デビルモードでは爆発的な力を発揮するがダークシンカリオンと運転士の神経中枢と融合してしまう。作中ではアブトがトレランティアを暴発させた際にデビルモードに覚醒し、アブトが正気に戻った後はともに大宮支部へと異動した。後にワダツミとの戦いの中で白銀の機体のダークシンカリオンアブソリュートへと変化した。

 
 ダークシンカリオンが変化した「白銀の新幹線」から変形するシンカリオンZ。玩具としては「ダークシンカリオン」と別で発売されているが、テレビアニメでは同一機体からの変化として扱われている。5両編成。専用支援ロボット「アブソリュートユニコーン」と合体した「ナイトモード」が存在するが、詳細はアブソリュートユニコーンの説明を参照。全長・重量は通常時は26.5m・105t、ナイトモード時は29.5m・275t。
 使用武器はシャダンスピアが変化した「アブソリュートソード」。必殺技として「アブソリュートグランクロス」が使用可能。

 シンカリオンZ N700Sかもめ
 西九州新幹線「かもめ」で使用されているJR九州N700S新幹線をモデルにしたシンカリオンZ。
 使用武器は「カモメブーメラン」。剣としても使用可能な汎用性の高い武器であり、変幻自在の戦い方を得意としている。

 シンカリオンZ 500 TYPE EVA-02
 2022年10月28日から2023年1月29ま日での予定で京都鉄道博物館で特別展示されている「エヴァンゲリオン弐号機」をモチーフとするラッピングが施された500系新幹線「500 TYPE EVA-02」をモデルにしたシンカリオンZ。全長・重量は26.5m・110t。頭部は弐号機のデザインをベースとしたものとなっており、弐号機をイメージしたヘッドギアも付属している。
 使用武器は1号機と同様の「プログレッシブシンゴウトウ」に加え、「カイサツキョウライフル」「2424式ライフル」などを装備することが可能。

Z合体とザイライナー 
とはシンカリオンZの性能を強化するために、在来線をベースに開発された特殊武装車両。大きく分けて腕強化型・脚強化型の2つが存在し、互いに干渉しないため腕強化型と脚強化型はそれぞれ1つを合体させることが可能。シンカリオンZとザイライナーの合体はと呼称され、Z合体後の名称はシンカリオンZの型式番号とザイライナーの名称（腕・脚の順に）を続けて表記する。具体例を示すと、E5はやぶさとE235ヤマノテ・E259ネックスのZ合体は「E5ヤマノテネックス」となる。

シンカリオンZとザイライナーは基本的にどの組み合わせでも合体が可能だが、玩具では「E5ヤマノテ」「E6ネックス」などセット販売されている組み合わせがあり、テレビアニメではその組み合わせでの運用が前提とされている。そのため複数のザイライナーとのZ合体は基本的にテレビアニメには登場しないが、物語終盤にはZ合体の進化形として1体のシンカリオンZが複数のザイライナーと合体する「ダブルZ合体」が登場した。なお、テレビアニメでは合体には「Zコード」が必要である。Z合体の際には司令部からZコードが運転士のZギアに転送され、運転士がZギア上のZキーをタップすることで合体が実行される。Z合体には一定以上の適合率が必要。

アニメ終了後に公開されたショートノベルでは、Z合体をさらに強化し「（パーフェクトゼットがったい）」が登場。改善が施されたことで1つのザイライナーで腕部・脚部の同時強化が可能となったことで、「パーフェクト＝完全」と名付けられた。

以下はザイライナーの一覧。説明文では、玩具でセット販売されている組み合わせおよびテレビアニメに登場した形態のみ言及している。なお、ダークシンカリオンとダークホースの合体もZ合体と表記されているため、「ダークホース」とそれと同じような位置づけの「アブソリュートユニコーン」も一覧に含めている。

 ザイライナー E235ヤマノテ
 山手線で使用されているJR東日本E235系をモデルにした腕強化型ザイライナー。高速機動剣「ヤマノテソード」と安全向上壁「ホームドアシールド」を備え、攻撃力・防御力をともに強化するとともに高速攻撃を可能にする。
 E5はやぶさとのZ合体形態「シンカリオンZ E5ヤマノテ」では、ヤマノテソードがエキスカリバーと合体して「ヤマノテエキスカリバー」に変化する。また、必殺技の「Zグランクロス」が使用できる。全長・重量は26.5m・116t。
 ザイライナー E235ヤマノテ 改善増結型
 PF-Z合体のためにE235ヤマノテを改善したもので、2両編成となり腕脚強化型となった。右腕に「ヤマノテダブルエキスカリバー」、左腕に「ヤマノテシールド」、脚部には膝と足先に「ヤマノテクロー」を備え、近接戦闘の攻撃力・防御力が強化されている。
 E5はやぶさ 改善型とのPF-Z合体形態「シンカリオンZ パーフェクトE5ヤマノテ」は、「パーフェクトZグランクロス」が使用可能。全長・重量は28m・122t。

 ザイライナー E259ネックス
 特急「成田エクスプレス」（略称「N'EX（ネックス）」）で使用されているJR東日本E259系をモデルにした脚強化型ザイライナー。大型キャノン砲「ネックスキャノン」を備える。接地部は強靭なグランドアンカーになっており強い反動があっても正確な射撃を可能にしている。
 E6こまちとのZ合体形態「シンカリオンZ E6ネックス」では、ネックスキャノンがVVVFブラスターと合体して「ネックスVVVFブラスター」に変化する。また、ネックスキャノンを肩部に装着する「バーストモード」も使用可能。全長・重量は27.5m・118t。
 ザイライナー E259ネックス 改善増結型
 PF-Z合体のためにE259ネックスを改善したもので、2両編成となり腕脚強化型となった。肩部に「ネックスキャノン改」と「ネックスミサイル」、腕部に「ネックスガトリング」を備え、射撃戦向けの強化が行われている。
 E6こまち 改善型とのPF-Z合体形態「シンカリオンZ パーフェクトE6ネックス」では、ネックスキャノン改がVVVFブラスター改と合体して「ネックスVVVFブラスター改」に変化する。全長・重量は28m・131t。

 ザイライナー E353アズサ
 特急「あずさ」で使用されているJR東日本E353系をモデルにした腕強化型ザイライナー。高速回転動力鋸「アズサチェーンソー」、大切断斧「アズサアックス」を備える。内部には「エアロスプリングシステム」が搭載されており、パワーを増強することが可能。
 E7かがやきとのZ合体形態「シンカリオンZ E7アズサ」では、アズサアックスがコウデンアツアックスと合体して「アズサコウデンアツアックス」に変化する。武装は全長・重量は26.5m・129t。

 ザイライナー 883ソニック
 特急「ソニック」で使用されているJR九州883系をモデルにした脚強化型ザイライナー。剣としても使用可能な超速弓銃「ソニックボウガン」と、機動力を向上させ飛行を可能にする超加速装置「ソニックジェット」を備える。
 800つばめとのZ合体形態「シンカリオンZ 800ソニック」では、ソニックボウガンがパンタグラフクナイと合体して「ソニックパンタグラフボウガン」に変化する。全長・重量は27.5m・118t。
 また、テレビアニメにはE5はやぶさとのZ合体形態「E5ソニック」が登場する。ソニックジェットの巨大な推力により、飛行能力を持たないE5でも飛行が可能となった。

 ザイライナー HC85ヒダ
 特急「ひだ」で使用されているJR東海HC85系をモデルにした腕脚強化型ザイライナー。2両編成のザイライナーで、それぞれが右腕と右脚・左腕と左脚に変形する。脚部の高出力スラスターにより機動力、腕部の大型アーマーにより防御力が強化され、近距離での格闘攻撃に適している。武器は近距離戦用「ヒダハイブリッドソード」と遠距離戦用「ブラスター」を備える。
 N700SのぞみとのZ合体形態「シンカリオンZ N700Sヒダ」では、ヒダハイブリッドソードを柄側で合体させた「ヒダハイブリッドナギナタ」を使用する。全長・重量は27.5m・131.4t。

 ザイライナー 323オオサカカンジョウ
 大阪環状線で使用されているJR西日本323系をモデルにした腕強化型ザイライナー。右腕部に大型ブレード「オオサカカンジョウブレード」、左肩部に超硬化シールド「オオサカカンジョウシールド」を備え、攻撃力・防御力ともに増強される。
 500こだまとのZ合体形態「シンカリオンZ 500オオサカカンジョウ」では、オオサカカンジョウブレードがシンゴウトウと合体して「オオサカカンジョウシンゴウトウ」に変化する。全長・重量は26.5m・122t。

 ザイライナー ミュースカイ TYPE EVA
 特急「ミュースカイ」で使用されている名鉄2000系のうち、2020年1月14日より3月9日まで名鉄犬山線で運行された「エヴァンゲリオン初号機」をモチーフとするラッピングが施された車両をモデルにした腕強化型ザイライナー。唯一、私鉄車両をモデルにした機体で、『新世紀エヴァンゲリオン』とコラボレーションした第2期第21話に500 TYPE EVAとともに登場した。
 基本性能は、武装の名称が「ミュースカイブレード」「ミュースカイシールド」に変化する以外は323オオサカカンジョウとほぼ同様だが、「アンチA.T.フィールド」を使用した攻撃も可能になる。
 500 TYPE EVAとのZ合体形態「シンカリオンZ 500 ミュースカイ TYPE EVA」では、ミュースカイブレードとプログレッシブシンゴウトウと合体して「ミュースカイプログレッシブシンゴウトウ」に変形する。また、「ブンキヌスの槍」も使用する。全長・重量は26.5m・122t。

 ザイライナー 261ホクト
 特急「北斗」で使用されているJR北海道キハ261系をモデルにした脚強化型ザイライナー。「ホクトマシンガン」を装備している。
 H5はやぶさとのZ合体形態「シンカリオンZ H5ホクト」では、ホクトマシンガンがカンテラガトリングと合体して「ホクトカンテラガトリング」に変化する。

 
 ダークシンカリオンを支援する馬型ロボット。E5はやぶさなどのシンカリオンZとも合体可能で、ダークホースが下半身に合体する「ケンタウロスモード」、ダークホースを構成する部品を全身に装着する「デビルモード」の2つの合体形態が存在する。
 ケンタウロスモードでは機動力と戦闘力が向上し、ダークホースの尾部に相当する「ダークブラスター」を使用する。デビルモードではパワーが大幅に強化され、ダークホースの前脚部に相当する「ダークキャノン」が使用可能。

 
 ダークシンカリオンアブソリュートを支援する馬型ロボット。ダークシンカリオンアブソリュートがアブソリュートユニコーン合体することで「ナイトモード」に変化する。なお、アブソリュートユニコーンはテレビアニメ本編には登場しない。
 ナイトモードはダークシンカリオンアブソリュートの最終形態と位置づけられており、使用武器の「ユニコーンスピア」で雷を吸収して解き放つ「ナイトグランクロス」が使用可能。

 ザイライナー 883ソニックニチリン
 特急「ソニックにちりん」で使用されていたJR九州883系をモデルにした脚強化型ザイライナー。武器の超速弓銃「ニチリンボウガン」は「ニチリンソード」としても使用可能で、脚部には機動力を向上させ飛行を可能にする超加速装置「ニチリンジェット」を備える。
 N700SかもめとのZ合体形態「シンカリオンZ N700Sソニックニチリン」では、ニチリンボウガンがカモメブーメランと合体して「ニチリンカモメボウガン」に変化する。また、N700Sかもめの脚部をバックパック「スオプリームスラスター」として装着することで、空中での高速戦闘を可能にしている。全長・重量は27.5m・113t。

超Z合体機構を持つシンカリオンZ 
超Z合体（ちょうゼツがったい）とは以下に列記する超Z合体機構を持つ特定のシンカリオン（以下「超Z合体機体」）と、基本的構造のシンカリオンZが合体するシステム。超Z合体機体に対して合体相手の先頭車両が組み込まれる形で合体し、先頭車両の頭部には超Z合体機体に応じたヘッドギアが装着される。同様の合体機構は後発のアルファエックスでは「超Z合体」の表記は用いられていないが、ドクターイエローのものとほぼ同様の合体機構であるため、同一のものとして扱うこととする。超Z合体後の名称は主となる合体相手の型式番号と超Z合体機体の名称を続けて表記する。具体的に例示すると、E5はやぶさとドクターイエローの超Z合体は「E5ドクターイエロー」となる。

テレビアニメでは合体する両機の運転士の適合率が96%以上で、かつ互いの適合率誤差が0.1%以内でなければ超Z合体ができない。

 シンカリオンZ ドクターイエロー
 「ドクターイエロー」の愛称で呼ばれるJR東海923形をモデルにしたシンカリオンZ。5両編成で3両目は武器庫。1両目・5両目でシンカリオンZ本体に変形し、この形態にはザイライナーを合体させることが可能。2両目・4両目が追加で合体することで「Zホセンモード」にモードチェンジし、これにはZ合体の合体システムが応用されている。全長・重量は通常時が26.5m・110t、Zホセンモード時が28.5m・225t。
 使用武器は近距離用の「トングレールソード」と遠距離用の「イヌクギショットガン」。飛行ユニットを装備しており、「イエローウイング」で滑走することが可能。Zホセンモードでは額のスキャナーで取り込んだ情報を分析し、全方位に攻撃可能な「ケンソクミサイル」が使用可能。

 シンカリオンZ アルファエックス
 「ALFA-X」の愛称で開発が行われているJR東日本高速運転試験車両E956形をモデルにしたシンカリオンZ。最先端の技術を結集して開発された次世代型の機体。基本的構造のシンカリオンZと同じ3両編成だが、ドクターイエローと同様に他のシンカリオンZとの合体が可能。また、ザイライナーとのZ合体も可能。
 使用武器は「グレートエックスソード」「アルファエックスキャノン」「エックススピア」で、飛行が可能な「アルファウイング」も備えている。合体相手のシンカリオンZやザイライナーの性能を増幅させる「アルファエックスシステム」を搭載しており、システム発動時には顔に「X」の文字が浮かぶ。

ストーリー

旧製品版のストーリー 
新さいたま市に住んでいる速杉ハヤトは鉄道博物館に勤める父・ホクトの影響で、新幹線や電車が大好きな少年である。ある朝ハヤトは、ホクトが置き忘れた『Shinca』というカードで鉄道博物館の地下に存在する特務機関「新幹線超進化研究所」へ迷い込んでしまう。

最深部の格納庫で新幹線E5系を発見したハヤト。すると、なぜか乗車扉が開いたので乗り込んでみたその時、突然、警報とアナウンスが響き渡った。新幹線E5系はハヤトの持つ『Shinca』に反応し、ハヤトを乗せたまま、自動操縦により目的地に向かって発車してしまう。

異次元からやってくる巨大な物体『バチガミ』が街へ近づき暴れているのが見えたとき、ハヤトがホクトの指示で運転席に『Shinca』をタッチすると、車両は『新幹線超進化研究所』が秘密裏に開発した人型ロボット『シンカリオン E5はやぶさ』へと変形する。日本の安心と安全を守るため、ハヤトはE5はやぶさと共にバチガミへ立ち向かう。

テレビアニメ第1期のストーリー 
鉄道ファンの小学生・速杉ハヤトは、鉄道博物館の職員である父・速杉ホクトと一緒に東京駅から新幹線に乗る。東北新幹線「E5系はやぶさ」に乗るという約束で出発した旅は、ホクトが指定席券を忘れたため「E2系やまびこ」での旅となったが、ハヤトは普段忙しいホクトとの旅を楽しみにしていた。しかし、突然の鉄道博物館からの電話でホクトは大宮駅で下車することになり、旅は半ばで打ち切りとなってしまう。失意のハヤトだったが、ホクトから預かったタブレットに残されたIDカードを届けるためにホクトを追い、鉄道博物館のバックヤードへと迷い込み、普段とは違う様子で何かに対応するホクトの姿を目撃する。

鉄道博物館の地下にあったのは特務機関『新幹線超進化研究所』の大宮支部。「巨大怪物体」と呼ばれる存在への対応を目的とした組織で、巨大怪物体に対抗するために秘密裏に開発された人型変形ロボット「シンカリオン」を保有していた。大宮支部の格納庫には調査のために捕獲された巨大怪物体が保管されていたが、再起動して暴走し格納庫があと10分で破壊される状態におかれていた。ホクトは大宮支部指令長・出水シンペイとともに、この巨大怪物体への対処を迫られていた。ハヤトはこの様子をずっと覗き見ていたが、車掌型ロボット・シャショットに見つかり不審者と勘違いされる。騒動で職員にも発見されるが、シャショットの計測によりハヤトがシンカリオン運転士適合者であることが判明する。新人指令員・三原フタバはハヤトをシンカリオンに乗せることに反対するが、ハヤト自身は「お父さんの役に立てるなら」と志願。専用の「Shinca」受け取ってシンカリオン E5はやぶさへと乗り込み、シャショットのサポートを受けながら巨大怪物体の撃退に成功する。

ハヤトと同じ大宮支部の男鹿アキタのE6こまち、大門山ツラヌキのE7かがやき、月山シノブのE3つばさ、名古屋支部の清洲リュウジのN700Aのぞみ、北海道支部の発音ミクのH5はやぶさ、門司支部の大空レイの800つばめとシンカリオンの配備が進む。リンク合体も活用しながら巨大怪物体を撃退していくが、その中で数段異なる強さを持ち、会話・意思疎通が可能な巨大怪物体が襲来する。この時の巨大怪物体は後に、人類以前の種族であるキトラルザスのエージェントの1人・ゲンブであると判明し、これ以降ビャッコ・スザク・セイリュウら他のエージェントや、それらを束ねるイザの存在も表面化するようになる。なお、巨大怪物体が出現する際には「黒い粒子」（「ナノマシン」「ルクスヴェテ」などと呼称）が確認されており、超進化研究所ではこの粒子の調査・研究も始まる。

敵対するキトラルザス側にもシンカリオンが存在し、セイリュウのブラックシンカリオンは圧倒的な力を見せ付ける。西日本における指令体制構築のために京都支部に転属されていたホクトは、激化する戦いを見据えて大人が搭乗可能なシンカリオンの開発に着手する。こうして試作された500こだまは従来のシンカリオンを強化するクロス合体の機構を備えており、クロス合体したE5×500の超グランクロスでブラックシンカリオンの撃退に成功する。この戦いを通じてハヤトはセイリュウとの対話の可能性を考えるようになり、一方のセイリュウも戸惑いつつも興味を持つ。セイリュウはスザクの助けを受けて人間界を訪れ上田アズサと出会い、知らず知らずのうちにハヤトとも遭遇した。超進化研究所では西日本に五ツ橋ギン・五ツ橋ジョウ・霧島タカトラのトリニティも配備するが、キトラルザスとの対話も考慮されようになる。

一方のキトラルザスでは、「人類とは戦い以外の道はない」と考える旧世代のエージェントが帰還しつつあった。現代のエージェントは人類との対話の道を模索しつつあったが、中でもビャッコは自分たちの作戦が無に帰すことを危惧して焦り、自ら決着をつけるべく新たにドクターイエローに搭乗したリュウジやハヤトを地下世界へと誘い込むが敗北。ビャッコはこの敗北や、戦いに介入したトラメを妨害したことで、古い掟にしたがってカイレンにより胸の赤い石を抜かれて石化する。ビャッコの石化を知ったゲンブは、ソウギョクに対してカイレンにビャッコの意思を伝える時間を設けるように求める。承諾を得るとゲンブは自らシンカリオンを知るために人間界へ赴き、ソウギョクにシンカリオンの強さを見せるために戦い一方的に攻撃を受けて敗北する。ゲンブは倒れていたところを超進化研究所に保護されるが、当初は仲間のことを考えて心を閉ざしていたが、ハヤトやツラヌキとの対話を通じて態度を軟化させる。対話のために一旦地底世界へ戻ろうとするが、ソウギョクの計略により巨大怪物体化させられ意思とは関係なく暴走し、ハヤトによって胸の赤い石を破壊されることを望む。赤い石が破壊されたゲンブは石化するが、ハヤトは自分たちを守るためにゲンブが自ら石化することを選んだことを知り号泣する。

セイリュウはソウギョクから「ゲンブを殺したのはシンカリオン」と伝えられるが、言葉の真偽を確かめるべく再び人間界へと赴く。ハヤトから事実であると回答されるが、その真意を問う間もなくソウギョクの計略によって呼び戻され、怒りをハヤトに向けたままブラックシンカリオンでハヤトと戦うことになる。E5×ドクターイエローとブラックシンカリオンの戦いの最中に、ハヤトとセイリュウは精神世界で対話する。セイリュウの問いにハヤトは「ゲンブは仲間だ」と回答し、対してハヤトからは「好きなものは何か」と問われるがセイリュウは答えることができなかった。戦いは両機のグランクロスのぶつかり合いとなり、敗れたセイリュウがハヤトに「ハヤトたちを信じた自分の気持ちを信じる」「俺もシンカリオンが好きだ」と答え去っていった。決着後、セイリュウは地底世界には戻らず人間界を放浪していたが、再会したアズサから懇願される形で迷いながらもクレアツルスのと戦いに苦戦するハヤトたちを救援する。この行為によりトラメから「反逆者」として断定されるが、セイリュウ自身はしばらくハヤトたちとは一定の距離を保っていた。後にキトラルザスとの決別を決意しハヤトたちと共闘、適合率上昇に伴い進化したブラックシンカリオン 紅とともに大宮支部所属のシンカリオン運転士として認められる。同時にこの頃、空席となっていたN700Aの運転士にリュウジの弟・清洲タツミが就いていた。

大宮支部への正式加入後、セイリュウを仲介役としてイザとの対話が試みられる。しかしカイレンらの妨害によって失敗に終わり、カイレンの影武者との戦いにおいてE5×500はリミッターを解除した超グランクロスの使用を余儀なくされ、その結果リミッターの役割を担っていたシャショットが機能停止してしまう。影武者を退けたハヤトたちはイザの下にたどり着く。かつて八代イサブロウの名でプロジェクトシンカリオンに参加したイザは、かつての部下であるホクト・出水に対して人類とキトラルザスの双方にシンカリオンを与えて、その結果創造される未来が見たかったという思いを語る。しかし、カイレンは自らが審判者だとして人類は不要と考えイザと思想が対立しており、イザはカイレンを止める願いをこめてハヤトに「E5はやぶさ MkII」を託し、ハヤトとホクトを東京駅に送ることをスザクに命じる。1人残された出水にイザは地底世界が維持できないことを語り、もう一人いると意味深な言葉を投げかけて避難を促した後、イザ本人は崩れてきた岩の下敷きとなった。

一方でカイレン本人は地上への宣戦を布告し、黒い貨物列車で新幹線超進化研究所総合指令部がある東京駅へ向かう。直前には東日本ではソウギョク、西日本ではトラメが同時に出現したことでシンカリオン各機が対応に追われており、無防備となっていた東京駅には最終防衛手段の「中央迎撃システム」が展開される。ソウギョク・トラメを退けてE5はやぶさ・500こだま以外のシンカリオンが東京駅に集結するが、真の姿となったカイレンの前に圧倒されていった。ハヤトたちが帰還しE5はやぶさ MkIIが参戦すると戦況は互角となるものの防御を崩せずに攻め手を欠くが、突如復活したシャショットの励ましにより形勢優位へと傾く。最後はE5はやぶさ MkIIとブラックシンカリオン 紅のダブルグランクロスを受けてカイレンは倒される。

キトラルザスとの戦いは終わり、セイリュウ・スザクの2人は人間界で生活を送っていた。各地に以前倒した巨大怪物体が再出現する事象も散見されたが、E5はやぶさ MkIIを主機体とするオーバークロス合体により撃破していく。そんな折、行方不明になっていたソウギョクが再来し、ブラックシンカリオンを複製した「ブラックシンカリオン ナンバーズ」を駆使して、セイリュウからオリジナルのブラックシンカリオン 紅を強奪する。これによりセイリュウはハヤトたちと和解した後の記憶を失ってしまうが、シノブから一時代替機として運用され、現在は予備機として保管されていたE3つばさ アイアンウイングを借り受けて再来したナンバーズとの戦いに臨み、戦いの中で記憶を取り戻していった。

ソウギョクは、自分たちよりも古い時代に人間との共存を模索して潜入したキリンと接触していた。表向きは協力体制をとっていたが、その思惑は異なっていた。キリンは他者の運転士適合率をある程度推測できるアズサの得意な能力に目をつけ、協力関係に合った科学産業省に勤める倉敷ヤクモが超進化研究所司令員のフタバの幼馴染であることを利用して接触。この時ソウギョクはアズサを手中に収めようと誘拐を画策するが、アズサたちを「客人」として扱うキリンにより一撃を加えられ姿を消す。キリンはハヤトら運転士に試練を与えていたことを明かし協力を要求するが、拒否されると豹変して超進化研究所各支部にナンバーズを差し向けるとともに、自身はブラックシンカリオン オーガに乗り込んで東京都庁へと移動し日本政府との交渉を要求した。この件により今まで一般には秘匿されていたシンカリオンの存在が露見する。ハヤトは新造された923 ドクターイエローとのオーバークロス合体でキリンに挑むが、最新鋭の戦力をもっても互角の形勢であった。セイリュウはヤクモからブラックシンカリオンを返還され、キトラルザス同士で決着をつける決意でハヤトたちに仲間になってくれてありがとうと礼を述べ、キリンを無理やり地底世界へと押し込み、出入口を破壊して外界との接続を絶って相討ち覚悟の決戦に挑む。

セイリュウを案じるハヤトたちは、ヤクモの父でキリンに協力していた倉敷イズモがCEOを勤めるクラシキ重工が敷設していたトンネルを利用して櫻島の地下へ駆けつけ、セイリュウを説得して力を合わせてキリンを討つ決意を固める。

ヤクモが罪滅ぼしにフタバに連絡してきたトンネルのことで、出水は一つの疑問に対して答えを得ていた。かつてドクター・イザとの対話を求め地底世界に赴いた際、そこに「E5はやぶさ MkII」があることに引っかかっていたが、ヤクモよりクラシキ重工が地底世界に繋がるトンネルを作っていたことを知り疑問が氷解した。八代イサブロウだった頃のイザが地底世界に向かったのはE5が開発されるよりずっと前、その情報を知るはずがなかった。それなのに地底世界にE5 MkIIがあるのはクラシキ重工とソウギョクが繋がり、地底世界に超進化研究所の情報がリークされていたからなのだった。スザクも自分たちの世界と地上とがトンネルで繋がりがあることに、非常に驚いていた。

ハヤトとセイリュウはスザクからルクスヴェテを提供され、ブラックシンカリオン オーガを名古屋支部へと転送し、シンカリオン全機が集結して最終決戦へと突入する。しかしライジングモードを展開したブラックシンカリオン オーガの力は圧倒的で、シンカリオン全機は一時撤退を余儀なくされ、名古屋支部を脱出したブラックシンカリオン オーガは国会議事堂を目指す。高速で飛行するブラックシンカリオン オーガに追いつく手段がなく、頼りのルクスヴェテも残っていなかったため絶望的な空気となるが、研究所内にごく僅かに保管されていることが思い出され、また人々が「協力」することでルクスヴェテが増殖することが判明する。一般の人々はシンカリオンの一切が秘匿されていたことで不安や疑念を抱いていたが、アズサがこれまでに撮影・編集しながらも公開されることがなかった動画を公開すると払拭され、世間の支持と協力を得ることに成功し大量のルクスヴェテが確保される。スザクは、ルクスヴェテの増殖で復活したビャッコやゲンブと協力して名古屋支部との直通線路を作ることに成功し、ブラックシンカリオン オーガに追いついたシンカリオン各機は一斉攻撃を開始し、最後はE5 MkII オーバークロス ブラックシンカリオン 紅の攻撃によりブラックシンカリオン オーガは倒される。

劇場版のストーリー 
速杉家では速杉ハヤトが北海道への家族旅行のために荷支度をしていた。ハヤトは自室のクローゼットから父・ホクトが子どものころに「超進化速度」「長距離海底トンネル」などを描いたノートを発見するが、そのうち1ページが破かれていることを不思議に思う。北海道へ向かう道中に青函トンネルを通過する際にノートの話題に触れ、父も鉄道好きの少年であったことをハヤトは確信する。ニヤマ高原スキー場を訪れたハヤトは、ライブイベントで歌うミクと再会する。速杉一家と談笑するミクは、以前出現したがすぐに姿を消した「ゴジラのような姿の怪物体」がスキー場近くに再来するのを確認する。ハヤトとホクトは「雪のゴジラ」と名付けられた怪物体に対応するため北海道支部へ急行しシンカリオンで出撃するが、その強大な力に圧倒され、ハヤトがゴジラが放つビーム状の光の粒子の直撃を受け、ホクトはハヤトを救うべく手を伸ばし光の粒子へと突入してしまう。一方その頃、大宮支部ではシンカリオンを離れて地元に戻っていたアキタ・ツラヌキ・シノブが集められ、セイリュウを含めた4人でシミュレーター検査を受けるが誰一人として新型のシンカリオンには適合しなかった。

気を失ったハヤトは北海道支部の医務室で目を覚ますが、隣のベッドには見知らぬ少年が眠っていた。フタバとヒビキから状況説明を受けるハヤトは、例の見知らぬ少年が現場近くで発見されたこと、回収された923ドクターイエローが無人であったことを知る。ハヤトは大宮支部から急行した4人とアズサ、リュウジと対面するが、勝手にシミュレーターを使用した例の少年が適合者であることが発覚する。新型のシンカリオンとは何かを問うアキタらに出水は、キリンとの戦いの3か月後に宇宙の巨大人工物が地球に向かっていることが発覚したことで開発中だった「ALFA-X」の開発を急いでいたことと、今から数ヶ月前に北海道新幹線延伸のためのトンネル掘削工事中に見つかった地下空間から完成されたALFA-Xが発見され、同時に超進化研究所大宮支部のALFA-Xの開発データに起動データが書き加えられたことを明かし、万が一に備えてALFA-Xの運転士を探す必要があったと説明した。「ALFA-X」に適合した少年の素性を探ろうとするハヤトは、その口調が妹・ハルカに似ていることに気づき、父・ホクトの幼い姿であることに気づき困惑する。中学受験を控えながら「鉄道好き」であることに迷いがあった少年ホクトはその旨を吐露、その迷いをハヤトに肯定されたことで気を許していく。持っていたノートに「鉄道路線の夢」を描き、1ページを破いてハヤトに渡した。それでも本音は戸惑っていたハヤトであったが、母・サクラから「信じて待とう」と励まされる。

出水の説明した「宇宙の巨大人工物」の正体はメトロポリタン・ヴァルハラン。宇宙へと散らばったキトラルザスの一派「ヴァルハラン」の本拠地で、リーダー・ナハネが率いる時空間を操る「光の粒子」を持つ種族であり、光の列車から変形する光の機械神「ヴァルドル」を有していた。小田原駅付近に光の列車が出現しN700A・800・トリニティーが出撃するが、「光の粒子」の力で過去の時代・場所に転送されてしまい連絡不能の状態となる。続いて岩手県内にブラックシンカリオン オーガが出現、E5・E6・E3・H5・ブラックシンカリオン 紅とリュウジが搭乗する923ドクターイエローが出撃するが、こちらも「光の粒子」の力で別の時代・場所に転送されてしまう。

ハヤトが少年ホクトを探すとALFA-Xの前にいた。少年ホクトは青函トンネルの存在により自分が過去からやってきたこと、自分がハヤトの父親であることを察していた。そして、ハヤトと家族を悲しませないためにも自分は元の世界に戻ることを望み、そのためにALFA-Xに乗ることを決意する。E5 MkIIとALFA-Xは光の列車とヴァルハランが迫る東京駅へと急行するが、またも「光の粒子」の力で別の時代・場所に転送される。しかし、これはナハネや裏で糸を引いていたソウギョクにとっても計算外でありナハネの側近・オハネフによって即時呼び戻されるが、ハヤト自身は別次元の出来事は思い出せなかった。ヴァルハランの中でハヤトはナハネと対峙し、ナハネは地球に望みを叶える力があるというメッセージを受け取ったと伝え、人類から地球を奪い返すことを宣言する。直後ALFA-Xは操られE5 MkIIに対して攻撃を開始、少年ホクトは自らのノートを破り捨てることで「シンカリオンそのもの」の存在を消してハヤトを救おうとするがハヤトに説得されて思いとどまる。相変わらずのE5 MkIIの窮地は、駆けつけたゲンブのE5によって救われる。

一方でソウギョクの前には巨大怪物体化したビャッコが立ち塞がる。何のつもりかと問うビャッコにソウギョクは、シンカリオンとの最終決戦の後から宇宙に散らばったキトラルザスに対して「地球を去らなければならなかった問題は解消した」とのメッセージを送っており、それに最初に応えたのがヴァルハランであったこと答える。ヴァルハランはヴァルドルの完成のために未来の技術を欲しており、それに対してソウギョクは開発中のALFA-Xの存在を提供し、ヴァルハランは求める技術が「将来完成するであろうALFA-X」に搭載されていると踏んだが十分な量の「光の粒子」は残されておらず、偶然その頃に地中に埋まっていた膨大な「光の粒子」を人類が掘り当てたことを利用し、未来から完成したALFA-Xを現代へと呼び寄せたと続けた。

ナハネはヴァルドルを呼び込みALFA-Xを取り込み、光の列車に変形して東京駅へと向かう。対応できるシンカリオン不在の東京駅では中央迎撃システムを展開、光の列車は中央迎撃システムの中へと誘導される。一方ハヤトたちはヴァルハランの中に残されていたが、「黒い粒子」の影響で忘却していた別次元の出来事を思い出し、姿を消した他のシンカリオンたちも別次元にいるのではないかと推測した。ヴァルハラン上空の光の集合体を破壊するとシンカリオン全機が帰還すると、一斉に中央迎撃システムを目指す。再度変形したヴァルドルに対し全機が必殺技を使用するが通用しなかった。

その刹那、ブラックシンカリオン オーガが東京駅に襲来。乗っていたのはソウギョクから機体を奪い取ったビャッコであり、到着するとすぐブラックシンカリオン 紅とオーバークロス合体し、その攻撃によってALFA-Xの解放に成功する。ALFA-Xが解放されるとすぐさまE5 MkIIとオーバークロス合体し一気呵成に転じるが、「光の粒子」に護られたヴァルドルは堅固であった。ハヤトは逆に「光の粒子」を利用することでヴァルドルを倒すことを思いつき、スザクから転送された「黒い粒子」を利用して「光の粒子」を増幅させ、最後はアルティメットグランクロスでヴァルドルを撃破する。

戦いが終わると少年ホクトは姿を消していた。大人ホクトとの再会を喜ぶ速杉一家。ハヤトの傍らには少年ホクトから渡されたノートの1ページが残っていた。

テレビアニメ第2期のストーリー 
キトラルザスとの戦いから数年後。オカルト好きの小学生・新多シンは、ジャーナリストを志望する姉・新多アユともに碓氷峠鉄道文化むらを訪れていた。旅の目的は旧丸山変電所に現れた宇宙人と見られる謎の影の正体を探ることであったが成果は得られず、荻野屋で昼食をとっていた。姉弟で「夢」について意見をぶつけているとそれを聞いていた走り屋に絡まれるが、居合わせた少年・碓氷アブトやカメラマン・明星アケノに助けられる。アブトは何かの呼び出しに応じて急いで場を後にするが、アブトの持つ小型ロボットに興味を持ったシンはアブトを追跡し、再び碓氷峠鉄道文化むらへと辿り着く。

一般には秘匿されていたが、碓氷峠鉄道文化むらの地下には『新幹線超進化研究所 横川支部』が存在しており、今まさに巨大怪物体の対応に追われていた。アブトは自ら強化・改造を担当したシンカリオンZ E5はやぶさで巨大怪物体と戦うために駆けつけるが、適合率の低さからE5はやぶさは起動できず悔し涙を流す。一方、アブトを追って格納庫に潜入したシンは、目の前のシンカリオンが数年前に謎の怪獣と戦ったと噂される正体不明の新幹線型のロボット「テツドウダー」の正体だと確信する。現場近くの一般人（アケノ）に巨大怪物体が迫るがシンカリオンは出動せず、業を煮やしたシンはアブトに「シンカリオンは世界を救うんじゃないのか」と詰め寄る。その時、アブトが持つ小型ロボット・スマットの計測器がシンの高い適合率を表示する。アブトは迷いながらも起動に必要なZギアをシンに手渡す。E5はやぶさで出動したシンは、アブトやスマットの助けも受けつつ巨大怪物体の撃退に成功する。運転士になれない悔しさを島に慰められるが、アブトは複雑な思いでE5を見つめていた。

正式にE5はやぶさの運転士となったシンは、E235ヤマノテとのZ合体にも成功して強化されて再来した巨大怪物体をも退ける。その後は同じく運転士となった大曲ハナビのE6こまち、戸隠タイジュのE7かがやきとも協力して巨大怪物体を撃退していく。戦いを通じて地下空間に「黒い結晶体」（「ブラックストーン」「クサビ石」などと呼称。以下「ブラックストーン」とする。）の存在が発覚し、敵対するテオティを名乗る集団で目的がこのブラックストーンの破壊であることが判明する。戦いの激化に備えて主要メンバーの大宮支部転属が決定されるが、そんな折にテオティのワダツミの横川支部への潜入を許してしまう。シンは辛くもこれを撃破するが、ワダツミは去り際に宣戦を布告する。シンたちは大宮支部へと転属し、中州ヤマカサの800つばめ、安城ナガラのN700Sのぞみ、嵐山ギンガの500こだまと各地にシンカリオンZやザイライナーの配備は進む一方で、開発のキーマンであったアブトは「父さんの手がかりを掴んだから会いに行く」と言い残して姿を消す。アブトが旅立ってから間もなく突然襲来した「闇の新幹線」（ダークシンカリオン）が現れ、シンカリオンZ3機を相手に戦いを繰り広げる。かつて異動を巡りめがね橋の上での追いかけっこでアブトが驚異的な身体能力で自分の頭上を越えて回避した時と同じ動きに愕然となり、ダークシンカリオンの運転士がアブトだと気づく。想像だにしなかったアブトの背信行為に大宮支部に激震が走る。特にアブトの手で作られたスマットは混乱してアブトの記憶を封じようとし、一時シンのE5はやぶさは適合率不足の状態となりZ合体ができない状態に陥る。シンの協力により、スマットはシンとともにアブトを取り戻す決意を固め、時を同じくして大宮支部を襲撃したワダツミの迎撃で再度Z合体に成功するとともに適合率上昇によりE5ヤマノテは覚醒する。これによりワダツミは撃退され、ワダツミは全身を赤い結晶に覆われ活動を停止する。

アブトは、父からのメッセージと考える予知夢に出て来るダークシンカリオンに乗り込んでテオティに潜入していた。テオティの内部を探るために実質的指導者・カンナギの命を受けてダークシンカリオンに搭乗し、苦痛を堪えながらもシンたちと何度か戦ううちに、カンナギたちが「ザガン」と呼ぶダークシンカリオンの開発者が父・トコナミであることに気づく。アブトがどうやって宇宙空間にあるユゴスピアに来たのか疑問に思いつつもトコナミは数年ぶりの再会に驚きながらも失踪したことを謝罪し、アブトにダークシンカリオンの「デビルモード」の危険性を説き、そのダークシンカリオンの力で地球とシラユキを守って欲しいと懇願する。トコナミはテオティであることや設計図などは思念波として送っていたことを告白するが、「闇の新幹線」については送っていないと語り、アブトが利用されてユゴスピアに来させられたと告げるもプライドの高いアブトは敵に踊らされたとは認めたくなくて必死に否定する。その時トコナミはアストレアの気配を察し、アブトにカンナギの危険性を伝えようとするも一時的に声を奪われ、父親を人質にされたアブトは地球に戻るよう命じられ地球上のテオティの基地に監禁され、ソウギョクを伴って現れたアストレアは顔の上半分を常に隠す仮面を外して素顔を見せ、今まで地球では地球人の女性に変身し、女性カメラマンの明星アケノと名乗りアブトや運転士たちを騙していたことを明かしアブトを絶望させる。地球に降りた際、彼らと会うことがあっても余計なことを口走ればかつての仲間を害すると告げ、また、生きて父親に会いたければカンナギに仕えろとアストレアは脅迫した。

テオティとの戦いにはブラックストーンが重要と考えた超進化研究所は、地下空間を調査するための機能を備えたシンカリオンZ ドクターイエローを開発していた。運転士には安城シマカゼが抜擢され、大宮支部周辺では上野と横川に地下空間が発見された。上野の地下空間に赴いたシマカゼはカンナギと遭遇し、カンナギは「ダークシンカリオンがある限りテオティは止められない」と言い残して姿を消す。シマカゼはこの言葉から横川に地下空間に向かったシンの身を案じたが、案の定シンの前にアブトが立ち塞がっていた。シンとスマットは対話を試みるが、声を奪われているアブトからの返答はなかった。無反応の様子から父親を人質にされているとは想像できないシンたちはアブトが洗脳されている可能性を考えて攻撃を決断するが、アブトの反撃によって追いつめられブラックストーンも破壊されてしまう。シンは救援に駆けつけたシマカゼによって救われるが、戦いの衝撃により地下空間が崩落し双方ともに撤退を余儀なくされる。この戦いでシンは自らの戦闘能力不足を痛感する。一方でアブトはデアボルの襲来の際に声を戻されテオティの民を護ったことで事情を知らない民に英雄視され、そんなテオティの民との交流で先住民族であり地球を離れざる得なかった事情を知り動揺する。自分たち親子を引き裂き不幸を齎したテオティに対して憎しみしかなかったが、カンナギはテオティが憎いアブトを民の善意を利用して憎しみを向けられぬよう雁字搦めにし、先住民族の不遇と地球帰還を願う姿を見せて同情を誘い2つの種族の板挟みで悩み苦しめ嘲笑する。アブトは守るべき民をも道具として利用し同情につけ込むカンナギの策略に嵌まってしまい、人質にされたトコナミとテオティの狭間で葛藤するようになるが、それすらもカンナギの悪意に満ちた思惑の内とは知る由もなかった。

さらなるドクターイエローの調査により、岩手県の遠野と香川県の大歩危に新たな地下空間が発見される。この2箇所にはヴァルトムの計略による巨大怪物体が出現し、大歩危にはハナビ、遠野にはタイジュが派遣されこれを撃退する。この時タイジュは遠野でキトラルザスの1人・ソウギョクと遭遇しており、超進化研究所では以前から各地で目撃されていたソウギョクがテオティに組していることを確信する。これらの作戦を相次いで失敗したヴァルトムは手柄を求めて自ら巨大怪物体化してシンカリオンとの戦いに臨むが、片腕を失う深手を負ったことで王からは後方転属を命ぜらる。ヴァルトムはこれを不服としてクーデターを起こして王家の力を奪い、偶然目撃したセツラを人質として連れ去り地球へと向かう。セツラの身を案じたアブトは地球へと急行するが、セツラを駆け引き材料にもならないと判断したヴァルトムは排除を試み、アブトの救助の手は及ばずセツラは爆発の中に姿を消す。激怒したアブトはヴァルトムに攻撃を仕掛けるが、天井の崩落により気を失う。

一方でソウギョクはスザクの叱責によりテオティとの関係性に迷いを抱くが、アストレアにより退路を絶たれて竜飛崎で自ら巨大怪物体化し、初出撃の月野メーテルとH5はやぶさによって撃退されていた。実は1年前の2021年1月10日に偶然ソウギョクの通信を傍受し、出水の指示で動向を探っていたため、当初は対話を求めるもアストレアの監視と圧力によりソウギョクは拒絶せざるを得なかった。H5に敗れた後はヴァルトムの下から爆発を偽装してセツラを救い出して大宮支部に送り届ける、ザイライナー 261ホクトのZコード探索に助言するなど、超進化研究所に協力する姿勢も見られる。セツラと出会ったシンたちはアブトのZギアにセツラを保護した旨のメッセージを写真付きで送信するが、目を覚ました直後の曖昧な状態で写真を見たアブトはシンたちがセツラを連れ去ったと勘違いし、筋違いの怒りを燃やし大宮支部を目指す。一方で超進化研究所の総司令長・出水シンペイは東京駅中央迎撃システムの発動を決定、シンカリオンZ全機の出動を命じる。両親もセツラも守れない自分自身に対する怒りと無力感によりトレランティアを暴発させたアブトは命じられるままにダークシンカリオンでの戦闘を繰り返し、心を喰らう特性により精神を侵食されダークシンカリオンの神経中枢との融合を遂げる。青みがかった銀の髪が黒く長くなり、額と両頬にピンクの光る紋様が出て、瞳は光る金色になり激昂すると赤くなり、アホ毛の赤みの強いピンクのメッシュは真紅に変貌した。カンナギのマインド・コントロールにより心のかなり深い部分まで支配された結果、正気を失いヒステリックで冷酷な性情となり「デビルモード」を解放するものの、集結したシンカリオンZ全機の連携攻撃と超Z合体により圧倒され、グランクロスの撃ち合いで意識を失う。その直後、突如現れた明星アケノが実はテオティのアストレアだという正体を明かしアブトとセツラを連れて姿を消す。

テオティへの対応が検討される最中、ヴァルハランとの戦いの後に時空間を越えて彷徨っていたヴァルドルがニヤマ高原スキー場近くに漂着する。ヴァルドルはヴァルトムによって暴走させられ光の機械神へと変形するが、我が子を救うためにトコナミが超進化研究所に遣いとして送ったセツラがもたらした情報によりZ合体に成功したH5ホクトによってヴァルドルは沈静化される。ヴァルトムを殺してでも阻止すべくカンナギに呼び寄せられたアブトは肩透かしだったが、カンナギを優先して「父さんと母さんを守るためなら俺は鬼にも悪魔にでもなる」と言いつつ真に自分を愛し心配するトコナミを蔑ろにしトレランティア暴発以降は親子関係は悪化するばかりだった。そんな矢先、大宮支部に所属していた頃の同僚だったキトラルザスのキリンのことをアストレアに問われ、トコナミは嫌々ながら情報を差し出とすことになったが、アストレアにより巨大怪物体化させられたキリンは不本意ながらも因縁のシンカリオンZに戦いを挑む。シンカリオンを熟知するキリンの攻撃に窮地に追い込まれるシンたちだったが、自分たちの機体を研究開発したザガンという人物がアブトの父親だとセツラに教えられ、今は無理でも必ずテオティとの対話を実現させ共存の道を見つけてみせると宣言しキリンは敗れる。キリンはかつてトコナミとの会話や八代の言葉を思い出し、これ以降は傍観者として地球の行く末を見つめることをシンたちに告げて超進化研究所の保護下に戻った。トコナミはアブトを取り戻そうとテオティとの和解と共存を目指すシンの姿に、息子を救う希望を見い出す。

セツラはテオティの本拠地が宇宙空間に存在する小惑星に偽装した超巨大宇宙船「ユゴスピア」である情報も提供する。ヴァルドルは桜島の地下に設けられた超進化研究所の実験線へと搬送され、技術班によって「超進化銀河鉄道ヴァルドル」へと改修。ヴァルドルによってユゴスピアに運ばれたE5はダークシンカリオンと闘技場で対峙、苦戦しつつシンの有利となるもヴァルトムによりトレランティアの力を注ぎこまれたアブトは激情のままにデビルグランクロスを放ち、E5は宇宙空間に放り出されてしまう。トコナミの依頼を受けたテオティの戦士によって救出される。アブトは殺したと思ったシンが生きていることを知り、彼に寄り添うトコナミの姿もあり怒りに燃える。損傷したE5はトコナミによって修理され再戦に挑み、トコナミに呼応したテオティの戦士たちの協力やヴァルドルによって届けられたヤマノテとのZ合体をトコナミの支援を受けて成功させダークシンカリオンを撃破、アブトは正気を取り戻しカンナギの呪縛から解放された。一方でトコナミは依然強硬な姿勢を続けようとするカンナギとアストレアを危険視し、アブトにシラユキを託して、宮殿へと侵入してユゴスピアから宮殿を切り離してカンナギたちとともに宇宙に去る。

アブトはシンたちとともに横川に戻り、シラユキに数年前の父の失踪の真相を語る。ダークシンカリオンの処遇はアブトに委ねられるが、トコナミを助けて親子3人の幸福な生活を取り戻すためにダークシンカリオンと向き合う決意を固める。指導者不在となったテオティでは、セツラやバフラムたちが中心となり民たちが自分たちの力で生活を立て直そうと団結していた。その一方で、ヴァルトムはワダツミの亡骸に関与して暴走させ大宮支部へと差し向ける。ワダツミの発する波動に一時アブトは干渉を受けるが、シンたち仲間との絆によって機体を「ダークシンカリオンアブソリュート」に超進化を果たし、ワダツミを撃破した。ワダツミを撃破するとヴァルトムが出現し「王になる者の顔を覚えておけ」と宣言して姿を消すと、アブトは各地のブラックストーンの状態確認を依頼し「アラバキ」の存在を語る。一方でカンナギはダークシンカリオンを悪用した侵攻作戦に失敗し、アブトを奪還され、トコナミにより姉とともに宇宙空間を漂流する屈辱に逆上し、禁じられた「敗者必滅」のコードを使用して地球へと戻りシンカリオンZ全機との戦いに突入するが、この機に乗じたヴァルトムが現存していた全てのブラックストーンを相次いで破壊、地中から巨大な腕が出現してカンナギを取り込んだ。

各地のブラックストーン所在地の周辺にはアラバキの各部位が出現し、シンカリオンZ各機が各地のアラバキに分散対応することが試みられるが、アラバキは富士山地下への集結を目指していると考えられた。富士山地下のアラバキ本体の前ではヴァルトムと、アラバキに取り込まれたカンナギが対面していた。ヴァルトムがカンナギに服従を要求するが、カンナギはヴァルトムの隙を突いて奪われていた王家の力を奪還する。アブトやシンが富士山に急行すると、そこにはトレランティアを暴発させたカンナギの姿があり、その様子を憂いたアストレアはアブトにカンナギを救うことを懇願する。アブトとの一騎討ちでカンナギは正気を取り戻すが、カンナギは禁忌のコードの副反応により暴走してしまう。カンナギはアブトを追いつめるも駆けつけたバフラムとカマルスに押さえ込まれ、アブソリュートグランクロスによりコードを粉砕されて救われ、カンナギとアストレアは悔い改めた。

その直後、アラバキが完全復活を遂げる。ヴァルトムは勝利宣言するが、アラバキの力を制御できておらずヴァルトム本人を飲み込み、富士山頂へと移動して旧火口から根を伸ばして地球の中心からエネルギーを吸収しようとしてると推測された。シンカリオンZによる一切の攻撃はアラバキには効果がなく、アブトはブラックストーンの近くにZコードを隠したトコナミに一縷の望みをかけ、宇宙空間を漂う宮殿区画に急行してトコナミを救出し心からの抱擁を交わす。一方で超進化研究所では塩分によってアラバキが脆い結晶化する可能性が発見されるものの、具体的な作戦の立案には至らなかった。そんな折、トコナミによりシンカリオンZに秘められた力を知ったアブトからの通信によってアラバキ討伐の作戦が立案される。Z合体を果たしたシンカリオンZ全機やテオティの戦士によってアラバキ討伐作戦が開始され、まずは塩を利用してアラバキが地中に伸ばした根が全て絶たれる。続いて2機のシンカリオンダブルZがアラバキを持ち上げ、トコナミがユゴスピアのアンカーを打ち込みアラバキは地表から引き剥がされ、そのまま宇宙空間に引っ張り出されたアラバキとの最終決戦の時を迎える。2機のシンカリオンダブルZによるグランクロスを受けてアラバキは爆散、太古から続く破壊神との決戦に終止符が打たれた。

登場人物

旧製品版 
旧製品版で設定されていたパイロット。

 速杉 はやと（はやすぎ はやと）
 居住地は架空の「新さいたま市」で、地元愛が強く地元の少年サッカーチームに所属している。超進化研究所へ迷い込んだ際、ホクトに運動神経を認められパイロットに抜擢されたというキャラクター設定がなされている。
 優 あきた（すぐ あきた）
 テレビアニメ版の「男鹿アキタ」のベースとなったキャラクターで、基本的なキャラクター設定はほぼ同じだが、パイロットになる前は射撃の腕前を発揮できる場面が少なかった。バチガミに山を焼かれたために動物がいなくなり、自身と祖父を除く周りがマタギをやめてしまったことから孤独を抱えていたが、ハヤトとつらぬきという「シンカリオン仲間」を得て素晴らしいコンビネーションを発揮していくという設定がなされている。
 前田 つらぬき（まえだ つらぬき）
 テレビアニメ版の「大門山ツラヌキ」のベースとなったキャラクターで、基本的なキャラクター設定はほぼ同じだが、タブレットを使いこなすデジタルおたくという一面を持つ。前田利家の子孫で、並外れた力を持ち、空手大会で優勝する実力を持つ。着物モチーフの古風な自作衣装を身に着けている。家業が建設会社であるもののあまり裕福ではなく、自宅兼事務所は城の天守閣風の張りぼてで体裁を保っている。父親は存命で語尾が「○○ヨ」となる独特な口調で喋っており、つらぬきに対しては着物を買い与えた以降「何も買ってあげられない」と溢しているという設定がなされている。

テレビアニメ第1期の人物

運転士（第1期） 
 速杉 ハヤト（はやすぎ はやと）
 声 - 佐倉綾音
 本作の主人公。大宮支部に所属する、シンカリオン E5はやぶさ・E5はやぶさ MkIIの運転士。埼玉県さいたま市大宮区在住で、大宮小学校に通う小学5年生 → 小学6年生の少年。2007年10月17日生まれの10歳 → 11歳。
 鉄道ファンで特に新幹線が大好き。「新幹線を好きな奴に悪い奴はいない」と断言するほど新幹線をこよなく愛しており、物事を何かと新幹線や鉄道に例える癖がある。各地の新幹線に乗ることも大好きで、初めて乗る路線・車両の場合は「○○新幹線・○○系デビューだぁ!」などと叫ぶ癖もある。高所恐怖症で飛行機には乗ったことがなかったが、作中において克服とはいかないまでも自身を師匠と仰ぐレイの協力でハンググライダーの訓練で空中戦が行えるようになった。父・ホクトのような新幹線の運転士になることが夢。責任感が強く「俺は時間と言ったことは守る男、だからね」が口癖。父・ホクトのタブレットに入っていたゲームアプリに偽装したシミュレータ「シンカリオン・シム」で高得点を出していた。
 キトラルザスのセイリュウと幾度となく激闘を繰り広げ、自分だけではなく彼もまた、スザクたち仲間と滅びゆく一族のために戦っていることを知り、心の距離が縮まり敵味方の垣根を越えたセイリュウを仲間として迎え入れ、彼とともに苦難を乗り越えてゆく。戦いが終わって仲間たちが郷里に戻っていった際、魂が抜けたかのようになった。
 キャラクターデザインに関して、監督の池添隆博（以下「池添」）から「ハヤトは『キャプテン翼』の大空翼のように素直でまっすぐ、新幹線を追いかける鉄オタです」との指示があり、「ハヤトは爽やかなのかどうか混乱したが、実際は新幹線好きのよい子に落ち着いた」とデザインを担当したあおのゆか（以下「あおの」）が述べている。
 第2期にも登場。父ホクトと同じ新幹線の運転士になることを目指している。現在はホクトの転勤に伴って家族でイギリスのヨークに移り住んでおり、近所のイギリス国立鉄道博物館に通っている。正月にアズサに呼びつけられて一時帰国し、シンと意気投合してシンが進むべき道に気づく一助となる。
 キャラクター人気投票では、アニメ放送中に行われた2018年の第1回で第5位、プロジェクト5周年を記念して行われた2020年の第2回で第3位。
 男鹿 アキタ（おが あきた）
 声 - 沼倉愛美
 大宮支部に所属する、シンカリオン E6こまちの運転士。秋田県北秋田市阿仁地区出身の小学5年生 → 小学6年生の少年。2007年7月8日生まれの10歳 → 11歳。
 先祖代々マタギの家系。全国レベルの腕を持つ競技ビームライフルの選手で、競技ビームライフルの世界選手権で世界一となるのが夢。冷静沈着な性格で物事の理解が早く、「話は読めた」が口癖。ただ、自分の気持ちを素直に言葉にすることはあまりない。甘い食べ物が好き。
 アーケード版「シンカリオン・シム」で高得点を出し注目されていたが個人は特定されておらず、その人物を探すため秋田市まで向かったハヤトと偶然出会う。その後、競技ビームライフル大会参加のために乗車した東京行きのこまちの車内でハヤトと隣席になり、（巨大怪物体に対応するために）自分のスマートフォンを持ったまま仙台駅で下車したハヤトを追いかけ、E5はやぶさに乗り込んでしまいシンカリオンの存在を知る。戦闘中にハヤトへの的確にサポートや適合率の高さから運転士就任を要請され一時は固辞するものの、ハヤトの言葉に感化され運転士となることを承諾する。運転士となった後は大宮支部の寮に入り、ハヤトが通う大宮小学校に転校。ツラヌキが入寮した後は同室で共同生活を送っている。運転士となった当初は連携して戦うことができず、ツラヌキとは最悪だった。なお、通常は標準語で話すが、同じ東北地方出身のシノブとの会話では言葉に訛りが出る。
 単身でキトラルザスとの交渉に臨んで拒否に遭ってE5ごと生き埋めにされたハヤトを救うため、仲間を指揮してE5とハヤトを救助した。
 デザインに関して池添から「『初期メンバーの中ではイケメンだけど、清洲リュウジが登場するまで凄いクールではありません』と説明があった」とあおのは語っている。
 キャラクター人気投票では第1回で第2位、第2回で第2位。
 大門山 ツラヌキ（だいもんやま つらぬき）
 声 - 村川梨衣
 大宮支部に所属する、シンカリオン E7かがやきの運転士。石川県金沢市出身の小学5年生 → 小学6年生の少年。2007年11月27日生まれの10歳 → 11歳。
 建設会社「大門山建設」の跡取り息子。「金沢の土木王」を自称し、実家である大門山建設を日本屈指のゼネコンとするのが夢。大門山建設の社長を務める母・ミスズ、妹・カガリ、弟・ケンロクの4人家族で、先代社長であった死去した父親の跡を継いだ母は手厳しい性格で頭が上がらない。ツラヌキ自身は大門山建設の従業員たちからは「若」と呼ばれている。
 トンネルや掘割のような建築物が好きな土木・地形マニア。義理堅い性格の熱血漢で、「全くもって○○だ！」や戦闘中には「俺の好きな四文字熟語は、『○○○○』だぁ!」が口癖だが、四文字熟語については『四字熟語』の誤用であることをアズサに指摘されて以後修正している。出水を「旦那」、フタバを「姉ちゃん」、本庄を「兄（あん）ちゃん」、三島を「姐御」と呼ぶなど目上の人物に対しても親しげな呼称を用いる。
 「シンカリオン・シム」で高得点を出していたことから出水が直接スカウトに出向くが、母親を助けて家業を支えたい思いから当初は運転士になることを頑なに拒んでいた。しかし、巨大怪物体に対応するために出撃したハヤトたちが苦戦する姿を見て一時的に運転士となり、その後ハヤトと一緒に戦いたいという本心を知ったミスズに叱咤され正式に運転士となった。運転士となった後はアキタと同様に入寮してアキタと相部屋となり、ハヤトが通う大宮小学校に転校した。
 デザインに関して池添からは「主人公に成れそうな感じ」と説明があり、「自分が視聴した1990年代の王道ロボットアニメでは、主人公とイケメンに続く3人目はガタイのいい奴であるため、最初に書いたデザインはがっしりした体格だが、主人公ぽくなかったと思い、書き直したものが決定稿になった」とあおのは語っている。
 キャラクター人気投票では第1回で第6位、第2回で第5位。
 月山 シノブ（つきやま しのぶ）
 声 - 吉村那奈美
 山形分室に所属する、シンカリオン E3つばさ・E3つばさ アイアンウイングの運転士。山形県米沢市出身の小学4年生 → 小学5年生の少年。2008年12月20日生まれの9歳 → 10歳。
 代々続く忍者の家系。本人も手裏剣に重きを置いている月山流忍術の伝承者で、探偵でもあった祖父の下で忍者として修行中。山形訛りが混じった言葉遣いで話す。
 大宮支部に定期的に滞在しているが、超進化研究所の寮は11歳以上でないと入寮出来ないため大宮支部には転属せず、山形分室に籍を置いている。米沢市に出現した巨大怪物体にE6こまちが出動した際に救援として駆けつけた経緯もあり、出身地の近いアキタとは信頼関係を築いている。
 デザインに関して池添からは「忍者」と説明があり、「当初のデザインはギャグ路線であったが、可愛い系にしたいと思い、現在のデザインに決まった。ホクトとの繋がりを感じて髪型と表情の一部を寄せた」とあおのは語っている。
 キャラクター人気投票では第1回で第3位、第2回で第6位。
 清洲 リュウジ（きよす りゅうじ）
 声 - 逢坂良太 / 内藤有海（小学生期）
 名古屋支部に所属する、シンカリオン N700Aのぞみ・ドクターイエローの運転士。愛知県名古屋市在住の中学2年生 → 中学3年生の少年。2005年2月8日生まれの13歳 → 14歳。
 3人きょうだいの長男で、弟のタツミと妹のミユがいる。父・チクマはシンカリオンの開発に関わった主任研究員で、「第1回超進化速度到達実験」の爆発事故で亡くなっている。 幼い頃から格闘技（空手）をやっていたが、母・カエデが長期入院しているために夢を諦めなければならなかった過去がある。「抜かるなよ!」が口癖。
 自らシンカリオンの運転士を志願し、ホクトが直接指導を行って運転士となる。静岡県内でN700Aのぞみの試運転中に東京駅にゲンブが襲来し、急遽派遣されハヤトたちを助けるが、自分よりも年下のハヤトたちの戦闘経験を認めてはいるが、当初は命じられても共闘を拒否していた。これは小学生期にカエデから「年長者として年下の者を守らなければいけない」と教えられるも曲解していたからだった。しかし、入院中のカエデと看護師の会話やハヤトから「お互いを信じてないと何もできない」と言われたことでお互いを信じ合うことの大切さに気づかされ、以降は積極的に戦闘指揮を執り共闘するようになる。バーサーカーモードを展開したブラックシンカリオンとの戦いで左肩を負傷して以降はしばらく戦列から離れ、その間は臨時にハヤトが名古屋支部に派遣されるなどしていたが無事回復して復帰し、新たに開発されたドクターイエローで搭乗するようになる。その後、将来の進路として超進化研究所指導員の道を模索していた。
 第2期ではアブトなどには「エース運転士」として知られていたが、テオティ襲来に伴い訓練を再開したものの適合率が低下していたため名古屋支部の臨時指導員代理となり、新たな運転士候補として空手道場の後輩でトップクラスの実力を持つ安城兄弟を指導している。
 キャラクター人気投票では第1回で第4位、第2回で第1位。
 清洲 タツミ（きよす たつみ）
 声 - 日野佑美
 名古屋支部に所属する、シンカリオン N700Aのぞみの運転士。愛知県名古屋市在住の小学6年生 → 中学1年生の少年。「どんと来いやー!」が口癖。
 リュウジに影響されて空手を習い始め、兄に引けを取らない位に頭角を現し、地区大会で優勝する程の腕前を持つ実力者。常にリュウジの背中を追い掛けており、強くなろうという想いを持つ。兄と違いやんちゃで明るく社交的な性格。食欲が非常に旺盛で調子に乗りやすく、そのことでよくリュウジに叱られる。
 リュウジがドクターイエローに乗り換えたために空席となっていたN700Aのぞみの運転士を志願するが、当初はリュウジから反対されていた。
 デザインに関してあおのは、勇翔（BOYS AND MEN）がキャラクターの初期のモデルだと語っている。
 発音ミク（はつね みく）
 声 - 藤田咲
 北海道支部に所属する、シンカリオン H5はやぶさの運転士。北海道札幌市出身の小学5年生 → 小学6年生の少女。
 ピアプロキャラクターズの「初音ミク」をモチーフとした公式派生キャラクターでもある（#他作品との関わりを参照）。
 性格はストイックで、運動はもちろん勉強も得意な委員長タイプ。特技は剣道で洞察力にも優れる。かつて青函連絡船として運航された摩周丸が大好き。鉄道・新幹線には全く興味がなくE5系とH5系の違いを知らなかった。
 運転士としての資質はずば抜けているが、乗り物酔いしやすいという弱点を持つ。体調管理を怠り風邪が悪化して倒れたハヤトを「運転士失格」と評するなど当初は辛辣な態度で接するが、乗り物酔いを理由にH5はやぶさの運転をハヤトに譲ろうとした際に逆に「運転士失格」と返され、さらに体調不良でも出動しようとしたハヤトに謝罪した。その後乗り物酔いを克服し、ハヤトたちとも打ち解けている。
 キャラクター人気投票では第1回で第1位、第2回で第9位。
 大空 レイ（おおぞら れい）
 声 - 松井恵理子
 門司支部に所属する、シンカリオン 800つばめの運転士。福岡県北九州市出身の小学3年生 → 小学4年生の少年。2009年8月30日生まれの8歳 → 9歳。
 父親がJAXAの種子島宇宙センターに勤務しており、レイ本人も宇宙飛行士になるのが夢。両耳にカフスピアス、首から認識票状の首飾りを付けている。怖いもの知らずで一人で突っ込むことが多いため、かえって身を危険に晒すことがある。
 ロボット工学の超天才児で、800つばめの設計・開発にも携わっている。真面目で素直な性格で「○○っす!」が口癖。合同訓練後にはハヤトに弟子入りを志願して「師匠」と呼んでいる。
 第2期では超進化研究所に技術支援として協力しており、桜島地下でのヴァルドル改修も担当した。
 キャラクター人気投票では第1回が行われた時点では未登場のため対象外、第2回で第7位。
 速杉 ホクト（はやすぎ ほくと）
 声 - 杉田智和
 #新幹線超進化研究所関係者（第1期）を参照。
 霧島 タカトラ（きりしま たかとら）
 声 - 市来光弘
 門司支部に所属する、シンカリオン N700みずほの運転士。鹿児島県鹿児島市出身の小学6年生 → 中学1年生の少年。2007年3月12日生まれの11歳 → 12歳。
 実家が料亭を営んでいるために料理が得意で、将来の夢も料理人。しかし、料理の腕前が伸び悩んでいたため、師匠である父・ニチリンに一旦料理から離れることを勧められ京都を訪れた。
 古き伝統に拘り意固地になることがあり、それが原因で当初は五ツ橋ギン・五ツ橋ジョウとは意見が対立し、一時は運転士を辞退する目前まで至っていた。和解後は700シリーズ3機によるトリニティー合体を成功させる。3機はシンカリオン トリニティーとして運用される都合上、タカトラ自身の所属は門司支部であるが、実質的には京都支部に派遣される形となっている。
 五ツ橋 ギン（いつつばし ぎん）
 声 - 合田絵利
 京都支部に所属する、シンカリオン 700ひかりレールスターの運転士。山口県出身の小学5年生 → 小学6年生の少年で、五ツ橋兄弟の双子の兄。2008年3月13日生まれの10歳 → 11歳。「ぶち○○」が口癖。
 実家は瀬戸内海で漁業を営んでおり、同業者との競争に勝ち抜くためチャレンジ精神が非常に高い。魚料理には拘りがあり特に天然物を好み、シンカリオン運転士になる動機も「うまい魚」が理由であったが、寮で出された魚料理は養殖物ばかりで不満を蓄積し、料理人の心意気を重要視するタカトラとは当初反りが合わなかった。
 五ツ橋 ジョウ（いつつばし じょう）
 声 - 合田絵利
 京都支部に所属する、シンカリオン 700のぞみの運転士。山口県出身の小学5年生 → 小学6年生の少年で、五ツ橋兄弟の双子の弟。2008年3月13日生まれの10歳 → 11歳。語尾の「○○っちゃ」が口癖。
 アニメにおいては、ジョウが搭乗する700のぞみが中心機体となってシンカリオン トリニティーが合体する。

新幹線超進化研究所関係者（第1期）

大宮支部（第1期） 
 速杉 ホクト（はやすぎ ほくと）
 声 - 杉田智和
 ハヤトの父。表向きは鉄道博物館の職員だが、実際は超進化研究所で運転士の指導を行っている。かつてはJR東日本東京支社上野新幹線第二運転所で運転士として勤務していたが、大学院の修士論文で執筆した「超進化速度」に着目した八代により超進化研究所の初期メンバーとしてスカウトされた。大宮支部では指導長としてシンカリオン配備に尽力し、大宮支部に3機のシンカリオンと運転士が配備され巨大怪物体に対する備えが整うと、京都支部へと単身赴任し、西日本における拠点作りに携わる。その一方で大人が搭乗可能なシンカリオンの開発にも着手し、自ら試作された500こだまの運転士にも就き、終盤には923ドクターイエローに乗り換えている。
 ハヤトがE5はやぶさに搭乗したことについて、当初は息子を危険な目に遭わせることに強く苦悩するが、フタバから「『大人が子供を守る時代』から『子供と大人が共に守る時代』に代わった」と言われて認識を改めバックアップするようになる。盟友の清洲チクマの死後は遺された清洲家の家族を支援し、チクマの妻・カエデが入院する病院の手配も行った。リュウジが運転士を志願するとこれを支援し運転士として育て上げる頼りになる面がある一方で、私生活ではだらしないため妻のサクラには頭が上がらない。
 劇場版ではハヤトとともに雪のゴジラを迎撃するが、雪のゴジラが口から吐くビーム状の光の粒子からハヤトを助けようとして行方不明になってしまう。
 デザインに関してあおのは、「家族の存在を大事にするキャラを表現したくて、結婚指輪は嵌めさせたいなと思った。そして"かっこいいお父さん"というデザインが浮かばず苦労した」と語っている。
 キャラクター人気投票では第1回で第10位、第2回で第10位。
 出水 シンペイ（いずみ しんぺい）
 声 - 緑川光
 超進化研究所大宮支部の指令長で最高責任者。かつてはJR東日本東京支社丸の内車掌区に所属する車掌で、大学時代の先輩であったホクトが運転士として乗務する列車に乗務することが多かった。超進化研究所にはホクトより一足早く参加し、ホクトや八代とともにシンカリオンを開発した。シンカリオンの指令や出動に関する最高権限を持つが、人使いが荒く、時折冗談とも本気ともつかない言動をとることもある。大学時代はホクトとともに歴史研究サークルに所属しており、戦闘時には戦国時代の合戦を参考に戦術を練ることもある。また醤油の東西の違いを語れるなど、日本の食文化にも造詣が深い。
 巨大怪物体の陰で糸を引くエージェントの存在をモニター越しで初めて確認し、同じくその存在を確認したヒビキに極秘事項として調査することを命じる。表向きは思いつきで行われた温泉郷への所員旅行も実は調査のための外出であり、エージェントと接触して身体に漂う謎の「黒い粒子」を1粒サンプルとして入手する。この粒子は研究チームにより人工培養され、エージェントのゲンブに付着させることで桜島付近にエージェントらのアジトがあることを突きとめる。また、E5はやぶさ MkIIが地底世界にあることによりクラシキ重工による情報漏洩に気づく。
 デザインに関して池添からは「『機動警察パトレイバー』の後藤喜一のような飄々としたキャラクター」であったが、「二転三転して今の"カッチリ系"になりました。イメージは『踊る大捜査線』の室井慎次。でも、彼ほど表情はきつくないですね。仕事終わりにホクトとお酒を飲みに行きそうな感じがあります」とあおのは語っている。
 第2期では総合指令部で総司令長を務めている。偶然シンカリオンの存在を知り、H5はやぶさの運転士候補となったメーテルの協力を得てソウギョクの捜査を行っていた。侵略者だったテオティ側の事情を知ってカンナギと和解し、破壊神アラバキを協力して討伐。討伐後は大宮支部に復帰したトコナミの協力を仰ぎ、テオティの民の中でユゴスピアに残留する者や地球移住を望む者の対応に追われている。
 三原 フタバ（みはら ふたば）
 声 - 雨宮天
 大宮支部の新人司令員。シンカリオン運転士との相互通信・初心者へのマニュアル説明・シンカギアの起動確認・超進化速度ゲージの視認を担当する。
 巨大怪物体の出現が活発化により、指令員研修を済ませた上で配属の辞令を早める形で総合指令部から大宮支部へと着任した。ホクトと出水の出身大学の後輩。ホクトが京都支部へ異動すると指導長代理に指名され、後に正式に指導長に着任する。
 ハヤトをE5はやぶさに乗せることについて当初はと強く反対していたが、ハヤトの強い意志に「大人と子供が一緒に未来を守っていかなくちゃいけない」と考え方を変え、ハヤトたちのサポートに全力を尽くすようになる。大宮支部の中で一番若いため、シンカリオン運転士のケアも担当する。仕事に対してとても真面目な性格で、シンカリオン運転士（特にハヤトとツラヌキ）や上司の出水らの予想外な言動に振り回されることもある。
 特撮マニア（特に「シンカライザー」のファン）という一面があり、各地のローカルヒーロー巡りが趣味であるが、その趣味をハヤトたちに知られた際は動揺していた。美人でスタイルが良いが、アズサが言うには私服のセンスはあまりない。
 第2期では大宮支部からは離れているが、引き続き超進化研究所には在籍している。作中においてはハヤトの帰国にあわせて大宮支部を訪れて新世代のシンカリオン運転士の活躍を見届けた後に、桜島実験線からのヴァルドル発進のオペレーターを担当した。
 キャラクター人気投票では第1回で第9位、第2回で第13位。
 本庄 アカギ（ほんじょう あかぎ）
 声 - 古島清孝
 大宮支部の男性指令員。フタバが着任する以前はシンカリオン運転士との相互通信を担当していた。巨大怪物体のコードネーム命名を担当。
 運転士の特性や行動パターン解析、体調管理、民生版シンカリオン・シムでハイスコアラー（適合者）が現れた地方の特定も務める。冷静沈着に業務を熟し、ハヤトら運転士たちには優しく接する頼れる兄のような存在である一方、プライベートにではどこか頼りない一面もある。フタバに好意を寄せ当初は意識しすぎてあたふたしていたが、フタバの頑張りとアキタたちの成長を目の当たりにして指令長代理としての自覚に目覚めつつ、フタバへ好意を強めていく。しかし、この件でアズサとツラヌキには弱味を握られており、その事を口にすると異様に動揺してしまう。
 第2期では京都支部の指令長代理を担っていたが、巌流島でのE5と500の戦闘をうっかり認めたことから始末書を書かされる。
 小山 ダイヤ（おやま だいや）
 声 - 天﨑滉平（第8話）/ 観世智顕（第26話以降）
 大宮支部の男性指令員。主に本庄のオペレーションの補佐を担当する。出水が1期生として指導・育成したベテランの指令員で、論理的に状況を把握・分析する能力に長けている。基本的には冷静沈着であるが、時として使命感に燃え感情を露わにすることもある。極度の近視であり、厚いレンズのメガネが特徴。古生生物にも詳しく、クレアツルスが中生代の生物に酷似していることを指摘した。趣味は将棋。
 第1部終了後に他支部に異動していたが、横川支部メンバーの異動と同時に大宮支部に復帰、第2部にも引き続き登場する。
 三条 ミノリ（さんじょう みのり）
 声 - 金魚わかな
 大宮支部の女性指令員。フタバの立場上の先輩で、主にそのオペレーションの補佐を担当する。メガネを着用している。
 ブラックシンカリオンがバーサーカーモードで超進化研究所を急襲した際に、トンネル崩落により線路が塞がれ500こだまが大宮支部まで到着できず人力での線路復旧を試みられたが、この時作業を手伝おうとしたツラヌキたちにミノリは「素人には無理」と否定的な発言をしてしまうが、それをダイヤに窘められて詫びる。結果500こだまの通過予定時刻までに復旧作業が完了した際にはミノリは感激してダイヤと抱き合って喜び、それ以降はお互いに意識しあう関係となる。
 横川支部メンバーの異動に伴い、第2部にも引き続き登場する。
 久留米 ミドリ（くるめ みどり）
 声 - 遠藤沙季
 大宮支部の女性医師。シンカリオン運転士のメディカルチェックを担当する。左目の下の泣きぼくろと、ウェーブしたロングヘアが特徴。酒豪であり、飲酒を「心のアルコール消毒」と呼ぶ。
 横川支部メンバーの異動に伴い、第2部にも引き続き登場する。
 三島 ヒビキ（みしま ひびき）
 声 - 長谷川暖
 大宮支部の女性研究員。技術者としてシンカリオンの強化や巨大怪物体の解析も担当する。物理学・化学・生物学・脳科学・地学・人類学・心理学といった幅広い学問に精通している。シンカリオン運転士の搭乗前の脈拍・心拍数の波形パターンに共通性があることを突き止める。超進化研究所発足からの初期メンバーの一人で、出水とは出会って約1週間で「ひびやん」「いずっぺ」と愛称で呼び合う仲である。
 プライベートではBL小説らしきモノを愛読しており、同人誌即売会でBL系同人誌の新刊を大量に購入する程である。
 横川支部メンバーの異動に伴い、第2部にも引き続き登場する。
 小田原 キントキ（おだわら きんとき）
 声 - 北沢洋
 大宮支部の男性整備士（元整備長）。新幹線車両の整備と路盤の保守に関する知識と経験の腕を買われ、八代によって超進化研究所に招かれた。ホクトが愛読する「鉄道ジャーナル」の特集記事で「伝説の整備士」と紹介されるほどその筋では知られた有名人。若かりし頃のホクトや出水には、整備長時代に機械の知識を指導している。自分の仕事部屋にスクラップを大量に溜め込んでいる
 大宮支部の中では最年長。非常に小柄で、身長はハヤトの腰あたりまでしかない。頭髪はサイドとバックに白髪があるだけで、頭頂部は完全な禿頭。口髭、眉毛も完全に白髪。ぶっきらぼうで口は悪く職人気質の頑固者だが、熟練の技でシンカリオンを整備するその腕は確か。その眼力は、戦闘による破損や磨耗だけで運転士の操縦の癖を見抜くほど。
 第2部では桜島実験線の作業員として登場する。
 山口 ナガト（やまぐち ながと）
 声 - 伊原正明
 大宮支部の整備長。整備士の中では最も大柄で、筋骨隆々の逞しい身体を持つ。シンカリオン各機体のメンテナンスを担当する。ハヤトら運転士たちとも気さくに接する一方、戦いにより機体への損傷が酷いと「何と言う運転をしているんだ!」と声を荒げることもある。任務に実直な熱血漢。
 第2部では桜島実験線の作業員として登場する。
 シャショット
 声 - うえだゆうじ
 ハヤトの戦闘をサポートする、E5はやぶさ、後にE5はやぶさ MkII専用の車掌型マスコットロボット。八代が遺した設計図を基に開発された。一人称は「わたくし」（通常時）、「わたし」（戦闘時）、「俺」（敵対モード時）。
 自己学習プログラムを内蔵した高性能AIを搭載する直径30cm程度の小型ロボットで、丸っこい身体に手足がついている。顔に見える部分は曲面ディスプレイで平常時は目や口を表示しているが、適合率計測時には適合率の数値を、研究所内での侵入者発見や漆黒の新幹線出現などの緊急時には赤いアラートを表示する。腹部には「Shinca」専用のICカードスロットがあり、リンク合体（クロス合体およびオーバークロス合体）の際には合体相手の『Shinca』が排出される。様々な機能を備えるがナビゲーション機能は付いていないため迷子になることもある。
 長らくE5はやぶさの適合者が現れず超進化研究所の警備に従事していたため、E5はやぶさの運転士となったハヤトを相棒として慕っている。ハヤトたちと行動する際はハヤト愛用のリュックに収納されており、リュックの黒い部分から目の部分だけを出している。ハヤトとの親睦を深めるために速杉家での同居を提案するも、母・サクラの手厳しい性格を懸念したハヤトに断られている。通常は「○○でございまーす」「○○でありまーす」という車内アナウンス口調だが、戦闘時（シンカリオン内）では厳格で勇敢な口調に変わる。饒舌かつ一言多いことがしばしばあり、「黙れ!」「うるさい!」と怒られたり、自分の意見が周囲からまったく認められなかったりすると「ドア、閉まりまーす」と言った後にディスプレイがブラックアウトして、一時的に機能を停止することもある。
 カイレンとの戦いの終盤には、ハヤトの適合率100％超えを達成させるために自らプログラムを初期化。バックアップなどは不可能だったためレイやヒビキでも復旧は不可能だったが、カイレンとの最終決戦でハヤトが苦戦していた際に突如復活、ハヤトを勝利へと導いた。これについて出水は「以前、ブラックシンカリオン 紅にシャショットが同化した際にデータが残っており、活性化したルクスヴェテと反応して復活した」との仮説を示した。
 デザインに関してあおのは「当初は玩具のキャラクターデザインが決まったため、アニメ用に手を加えて作画しやすいように調整したり、表情を追加した。ハヤトのリュックは『商品化を念願に置いてデザインして』と依頼を受けてオリジナル商品にするために、シャショットを入れると目が出る設定をデザインした」と語っている。
 キャラクター人気投票では第1回で第8位、第2回で第16位。

その他の研究所職員（第1期） 
 東 スバル（あずま すばる）
 声 - 山寺宏一 / 金魚わかな（ボイスチェンジャーの声）
 総合指令部の総指令長で、超進化研究所の最高責任者。若くして要領の良さと才覚で異例の速さで昇進し、総指令長に就任したエリート。
 周囲からは寡黙で厳格な貫禄があり、近寄りがたい雰囲気の威厳ある人物であると認識されており、クールを装い時折無意味な威厳を発動するが、素は誰に対しても軽く話し掛けるなどフラットな性格。長時間の会議は苦手。生粋の鉄道マニアで、出張・視察に際しては部下や秘書の付添や車での移動を好まず、現地まで各路線で向かう拘りを持つ。「電車が好きだから鉄道会社に入社した」と豪語し、鉄道に関する知識と造詣の深さはハヤトに全く引けを取らない。
 ブラックシンカリオンの現状査察のために大宮支部を訪れようとするが、途中東京駅へ寄道しようとした所でハヤトたちに出会い意気投合。その後大宮支部に到着すると、戦闘でのブラックシンカリオンを作戦に組み込むことを許可している。また、頑なにタツミがシンカリオン運転士になることに反対するリュウジを上から押さえつけるような真似は避けたかったが、緊急時に際して総司令長命令で承諾させた。なお、ハヤトたちに対しては意気投合した経緯から、「総指令長と運転士という関係にはなりたくない」という理由で正体を明かさずにいる。そのため、ハヤトから普段はどんな仕事をしているのかと聞かれた際には、「主に動物（ペットのペンギンのこと）の飼育」と言って誤魔化しており、やむなく総司令長として顔を出さなければならない場合はペットのペンギンを代役に立てボイスチェンジャー機能付きのトランシーバーでその意志を伝えている。
 最終話で鉄道博物館で一緒になる鉄道仲間としてハヤトに認識され、楽しく過ごす様子がホクトへの手紙で語られた。
 キャラクター人気投票では第1回が行われた時点では未登場のため対象外、第2回で第9位。
 高崎 ハルナ（たかさき はるな）
 声 - ふじたまみ
 総合指令部の秘書室長。フタバが総合指令部に在籍していた時の上司。
 スバルへのスケジュール管理と調整などを円滑に纏められる才媛。 しかし、スバルのフラット過ぎる態度に度々振り回されている。
 ペンギン
 声 - なし
 スバルが飼っているペット。外見はSuicaのペンギンに似ている。総指令長室のロッカーの中でこっそり飼われており、部屋に誰もいない時はスバルの本音の聞き役となっている。無表情と思われがちだが、嘴の動きで感情を表しており、機嫌が悪い時は口元がへの字に曲がり、嬉しい時は口角が微妙に上がる。
 第2期でも変わらず総司令長室におり、新たに総司令長となった出水のそばにいる。
 大沼 ソウヤ（おおぬま そうや）
 声 - 土師孝也
 北海道支部の指令長。かつては青函連絡船の船長を長年務め、現在も平時は青函連絡船記念館摩周丸の館長を務めている。ミクを孫のような目で見ており、日課としている竹刀の素振りをするために摩周丸の甲板を貸し出している。
 第2期でも引き続き北海道支部の指令長を勤め、ミクと同じような目でメーテルを見ている。
 明石 カイセイ（あかし かいせい）
 声 - 武蔵真之介
 京都支部の指導員でもある男性指令員。フタバと同じ立ち位置にあり、ジョウ・ギン・タカトラの3人のシンカリオン運転士の指導とケアも担当している。第2期にも登場。
 羽島 リンドウ（はしま りんどう）
 声 - 星野貴紀
 名古屋支部の指令長。第2期でも引き続き指令長を務めている。
 浜松 スルガ（はままつ するが）
 声 - 岩崎諒太
 名古屋支部の指導員でもある男性指令員。フタバと同じ立ち位置にあり、シンカリオン運転士（主にタツミ）の指導とケアも担当している。第2期にも登場。
 小倉 アカツキ （おぐら あかつき）
 声 - 矢崎文也
 門司支部の指令長。福岡弁で話し、西郷隆盛を思わせる典型的な九州男児の風貌からツラヌキには「暑苦しいおっさん」と称される。
 第2期でも引き続き指令長を務めている。
 川内 ナギサ（せんだい なぎさ）
 声 - 金魚わかな
 門司支部の指導員でもある女性指令員。フタバと同じ立ち位置にあり、シンカリオン運転士（主にレイ）の指導・ケアも担当する。

その他の研究所関係者（第1期） 
 八代 イサブロウ（やつしろ いさぶろう）
 声 - うえだゆうじ
 #その他のキトラルザスを参照。
 清洲 チクマ（きよす ちくま）
 声 - 逢坂良太
 リュウジとタツミの父。故人。生前は超進化研究所の主任研究員としてシンカリオンの開発、特に超進化速度を到達させる小型モーターに携わっていたが、8年前の「第1回超進化速度到達実験」で発生した爆発事故に巻き込まれて亡くなった。
 超進化研究所の入所はホクトより早く、八代がホクトを超進化研究所へ招いた際に遣いとして出向いた。「目先の事よりも大局を見ろ」を口癖とする現実主義者で、リュウジの冷徹さは父譲りでもある。その言葉は、ホクトや遺された息子・娘達にも言い続け受け継がれている。
 上田 アズサ（うえだ あずさ）
 声 - 竹達彩奈
 ハヤトのクラスメイトの小学5年生 → 小学6年生の少女。ハヤトのマンションの隣室に住む幼馴染で、教室の席も隣同士。髪型は主にツインテール → シニヨン付のロングヘアで、目の横にピンク色の大きな丸いつけまつげを付けている。
 人気のユーチューバーであり、「JSが初めて○○してみた」というタイトルのシリーズ動画を投稿している。幼少期に自分が好きだったものが他の子と重なっていたことで生き辛さを感じていた時に、ハヤトが趣味に熱中する行動を見た事で「何となく皆と違うことをしたい」と考えてユーチューバーになった経緯がある。投稿した動画の再生回数を増やしてYouTubeで世界制覇することが夢。好奇心は旺盛で、動画のネタになると思えば何でも興味を示す。また、動画のためなら休日を全て使い、単独で遠方まで行く行動力があり、他者まで巻き込む実行力はハヤトたちからは警戒されている。
 スザクに利用された際にシンカリオンの存在を知り動画を投稿するが、事件解決後に超進化研究所により動画を修正を求められ、ハヤトらに秘密の厳守を約束させられる。ただし、この一件で超進化研究所へ出入りするようになり、（いつかシンカリオンが公になるときのために）動画を撮り溜めるようになる。また、「JCユーチューバーがシンカリオンを躍らせてみた」というシンカリオンを踊らせる動画を撮影するためにシンカリオンに乗りたがってはいるが、シンカリオン運転士になるつもりはひとかけらもない。個性の強いシンカリオンチームのまとめ役を自負しておりLINEのグループを作るなどの面倒見は良く、セイリュウがキトラルザスと決別した後は度々お節介を焼いて自宅に居候として招き、後に地底世界が崩壊して帰る場所がなくなったスザクも招き入れている。
 終盤には他者の運転士適合率をおおよそ推測できる能力を発揮し、これに目をつけたキリンとハヤトら運転士の対面のきっかけを作る。対話が決裂しキリンとの戦いに突入すると、今までシンカリオンや戦いの全てが秘匿されていたことを知り動揺する人々を鎮めるべく撮り溜めた動画を公開し、反撃における重要な役割を果たす。
 速杉 ハルカ（はやすぎ はるか）
 声 - 金魚わかな
 ハヤトの妹。小学2年生 → 小学3年生の少女。8歳。常にヘッドフォンを身に付けており、語尾に「○○と思われ」「○○なわけで」とつける説明口調の小声で会話する。
 ハヤト趣味に付いていけず呆れてはいるが、その趣味や嗜好は完全に把握済みで、何度も聞かされているために話の内容や長さも完璧に覚えている。母・サクラの雷落下レベルのお小言は恐れている。利き手は左利き。物語中盤まで父や兄、シンカリオンに関することは一切知らされておらず、単身赴任する父については一時は浮気すら疑った。
 デザインに関してあおのは、「（池添からの）オーダーがなかったので自由にデザインしました。ヘッドフォンは考え事をするときは一人でこもりたい私自身を投影させました」と語っている。
 速杉 サクラ（はやすぎ さくら）
 声 - 清水理沙
 ハヤトの母。普段は優しいが、怒らせると恐い。夫のホクトに対しては恐妻のようだが、夫の仕事は認めており自身が納得したことは受け入れる。筋金入りの歴女（城・幕末マニア）。
 物語序盤にホクトから、本当の勤務先やハヤトが運転士になったことを打ち明けられる。全て受け入れた上で「聞かなかったことにする」とハヤトに普通の母親として接することを決めるが、ハヤトが精神的に追い詰められ悩んだ際にはシンカリオンについて知っていることをほのめかし、励まし笑顔と自信を取り戻させた。
 デザインに関してあおのは、「胸が大きい理由は、この時点で控えめな女性しかいなかったから」と語っている。
 男鹿 モミジ（おが もみじ）
 声 - 真坂美帆
 アキタの母。アキタを溺愛している親バカかつ心配性であり、アキタ同様に無類のスイーツ好き。アキタの成育は猟師の夫とマタギの義父の意向が強く反映されており、モミジ自身はシンカリオンのことはあまり聞かされていない。それを不安に思っていたが、サクラから「親にできることはただ見守ることだけ」と諭され、シンカリオン運転士を子に持つミスズとチアキにも励まされている。
 大門山 ミスズ（だいもんやま みすず）
 声 - 高橋里枝
 ツラヌキの母で大門山建設の社長。先代社長の夫を亡くし、女手一つで切り盛りしている。豪快な性格や口調は母譲りであるが、ツラヌキが素直でなかったり調子乗ったりした際には腰に張り手を入れて喝を入れる。
 ツラヌキが自分のことを気遣って会社を手伝っていることを知っているが、ツラヌキには彼自身が本当にやりたいことをやらせたいと思っている。そのためツラヌキの本心を聞いた後は、「『安全第一』だけは守る」と約束させ彼を送り出している。
 大門山 カガリ（だいもんやま かがり）、大門山 ケンロク（だいもんやま けんろく）
 声 - 小堀幸（カガリ）、社本悠（ケンロク）
 ツラヌキの妹と弟。カガリは金沢美人に例えられる程の容姿であるため、ミスズが「月日と云うのは時には残酷」と言うほどである。ケンロクは顔立ちがツラヌキとそっくりで、「だーっ」としか喋れない。
 月山 チアキ（つきやま ちあき）
 声 - 足立由夏
 シノブの母で、月山流忍術のくノ一である。シノブからは「母上」と呼ばれている。
 清洲 カエデ（きよす かえで）
 声 - 広瀬有香
 リュウジとタツミの母。名古屋市ある超進化研究所付属病院に長期入院している。リュウジの作る卵焼きが好物。亡き夫・チクマの友人であるホクトと面識がある。
 清洲 ミユ（きよす みゆ）
 声 - 真堂圭
 リュウジとタツミの妹。小学3年生 → 4年生の少女。
 霧島 ニチリン（きりしま にちりん）
 声 - 深川和征
 タカトラの父で「料亭霧島」の主人。タカトラと同じ髪型をしている。

キトラルザス 
巨大怪物体を裏で操る謎の存在。当初は「地の底より這い出し種族」「滅び行く種族」などと名乗ったが、後に「キトラルザス」という種族であることが判明した。人類以前に地底で高度な文明を発達させていたが、環境の変化に対応できず進化の道が途絶え衰退していった。キトラルザスを束ねるドクター・イザは、キトラルザスが生き残る道は人類と戦って住処を得る「戦いの道」、住処となる異なる星を探す「移住の道」、環境に対応して生き延びる「変革の道」のいずれかだと考えているが、現代のキトラルザスは「戦いの道」を選ぶ者も多い。

胸に赤い宝石のようなコアが溶け込んでおり、コアの輝きが弱まると石化が始まり、輝きが消えてしまうか何らかの要因でコアが胸部から抜かれた場合は完全に石化してしまう。また、古き掟により敗北や裏切りは厳格に許されなかった。
しかし、地上世界の侵略を強行するカイレンたちと、共存を願うセイリュウたちとに分裂し、最終的に対話を拒絶したカイレンたちをハヤトたちと協力関係となったセイリュウたちが戦い倒した。
また、武力による支配で異種族を受け入れさせようとするキリンも倒し超進化研究所の保護下に。

人類より長身の者が多く身体能力にも優れており、視覚はステルスに惑わされず金属や鉱物を見ることがでたり、地上の人類の耳では聴きとれない距離でも会話を聞くことができるなど五感も優れている。

現代のエージェント 
物語開始時点では以下の4人が登場している。当初はそれぞれが人間を観察しながら個々に挑んでいたが、敗北を重ね、スザクの提案により共闘するようになった。
種族の壁を越えて地上世界の人類と共存の道を選び、地球残留組と新天地探索組とに分かれ、新天地を求めて地球を離れたビャッコとスザクは一時的に太陽圏に戻りテオティの王カンナギを中心とするテオティの移住派と協力して宇宙に移住先の探索に再び旅立った。

 ビャッコ
 声 - 細谷佳正
 青年男性のような姿をしているが、背中の中央から水晶のような柱状の物体が6本放射状に生えている。冷静で知略に長け、相手の弱点を突いたり、苦手な状況下を作り出す作戦を得意とする。
 当初はエージェントの中で特に強硬で対立的な立場をとっていた。ゲンブやスザクと協力して作戦立案する中で徐々に見方を変化させていったが、より対立的な思想のカイレンらの帰還を察知し、自分たちの作戦が無に帰すことを危惧するようになる。その焦りから敗北を喫し、セイリュウが執着する緑のシンカリオンを守ろうとトラメの攻撃を妨害したため、帰還したカイレンにより胸の赤い石を抜かれて石化する。ゲンブやスザクとともにセイリュウを大切に思っており、E5を庇った時「緑のシンカリオン!セイリュウを!」と叫び、処刑間際「緑のシンカリオン、セイリュウのことを頼む!」と心の中で懇願していた。物語終盤に増殖したルクスヴェテの効果で復活し、ゲンブとともにスザクに協力してブラックシンカリオン オーガ追撃作戦を成功させる。その後、カイレンを蘇生して彼とともに移住する星を探す決意をする。
 劇場版ではカイレン蘇生のために地底世界に戻っていたが、ブラックシンカリオン オーガで出撃したソウギョクを迎撃し、奪ったブラックシンカリオン オーガでシンカリオンの援護のために東京駅に赴き、セイリュウのブラックシンカリオン紅とオーバークロス合体して戦った。
 第2期では最終話でカンナギの要請を受けてアラバキ討伐後に一時帰還し、テオティと合流してカンナギらとともに新たな移住先の捜索に出発する。
 ゲンブ
 声 - マックスウェル・パワーズ
 大柄な男性エージェント。早い段階から人間と鉄道、そしてシンカリオンに強い興味を持ち、さまざまな敵を送り込んでシンカリオンの力を試そうとする。
 エージェントの中では最も早く自らが巨大怪物体となって直接シンカリオンと戦い、一時は優位に立つも、初戦は初参戦したN700Aのぞみの力もあり敗北。しばらくは戦いで負った傷を癒すため地底世界で治療に専念しつつ、自分たちと人間の違いについて考える。また、緑のシンカリオン（E5はやぶさ）と戦ったことで心を持たないことが自分たちの弱点ではないかと考えるようになり、白いシンカリオン（N700Aのぞみ）に固執するセイリュウに対して「本当にすごいやつは他にいる」ことを忠告する。
 ビャッコが石化した後はソウギョクに対しカイレンとの対話を求めて了承されるが、ソウギョクの策略にはまって暴走しシンカリオンと対峙、最後は自ら望んでハヤトの攻撃を受けて胸の石が破壊されて石化した。その間際、ハヤトにセイリュウを託した。この間ゲンブは人間界で対話への道筋を整えつつあったが、この結果によりセイリュウには「ハヤトがゲンブを殺した」という事実のみが伝わり、ソウギョクの狙い通りこの時点の対話の道は潰えた。亡骸は超進化研究所で保存されていたが、物語終盤に増殖したルクスヴェテの効果で復活し、ビャッコとともにスザクに協力してブラックシンカリオン オーガ追撃作戦を成功させる。決戦後は大宮支部に残り、訓練用シミュレーターでのE5はやぶさ操縦や、スイーツの提供を受けている。セイリュウとは、シミュレーターでのE5の操縦とスイーツの争奪戦を繰り広げる。
 劇場版では正式に大宮支部所属となり、ハヤトの危機にはE5はやぶさにで駆けつけた。
 第2期では、鉄道博物館でSLおじさんとして働いている。指令室で次世代の運転士たちの戦闘を補佐し、ダークシンカリオンの攻撃を受けたシンたちが体制を立て直す時間を稼ぐために自ら巨大怪物体化し、ダメージを受けながらもシンカリオン3機を守り切る。アラバキとの最終決戦にはテオティの戦士たちとともにシンカリオンZの援護のために再び巨大怪物体化して参戦、討伐後には一時帰還したビャッコたちと再会する。
 セイリュウ
 声 - 真堂圭
 少年のような見た目をしているエージェント。当初は獰猛で暴走すると他の3人には止められない存在だった。シンカリオンに対しては非常に強い興味を持っている。ブラックシンカリオン → ブラックシンカリオン 紅の運転士。
 ゲンブを深手を負わせた白いシンカリオン（N700Aのぞみ）の力を見極めるために、イザから使用を禁じたブラックシンカリオンを勝手に持ち出して出撃する。緒戦からE5・E6・E7・E3・H5のシンカリオン5機を同時に、さらに援軍として参戦したN700Aのぞみをも一騎討ちで圧倒するが、仲間を信頼することの大切さに気付いたリュウジが指揮を執るようになると連携攻撃で追い込まれる。窮地はイザによる強制転送で難を逃れるが、ゲンブの忠告の真意が緑のシンカリオン（E5はやぶさ）とその運転士のハヤトのことだと気づき、以降はハヤトに対して矛先を向ける。ブラックシンカリオンはイザに出撃許可が得られない状態が続くが、ビャッコ・ゲンブ・スザクの助力によって「人と協力し合うこと」が進化の可能性だと気づき、イザに認められ出撃許可とバーサーカーモードの使用許可を受けた。バーサーカーモードを展開して超進化研究所を急襲し、E6・E7・E3・N700A・H5・800の6機を相手にしながらも圧倒的な強さを見せるが、新造された500こだまとクロス合体したE5の前に敗北を喫する。この戦いでのハヤトと会話により、セイリュウの気持ちに揺らぎが生じるようになる。
 E5×500に敗れた後は傷を癒すために眠りについていたが、帰還した旧世代のエージェント・トラメの気配を感じて目覚め、現在の人類を知らないトラメに「以前の人類とは違う」ことを忠告する。完全に回復するとセイリュウはスザクの力で人間の少年の姿となって地上世界に潜入し、耳にした「新幹線」という言葉を頼りに上野駅を訪れ、ハヤトやアズサと知り合う。旧世代のエージェントの帰還により焦ったビャッコが作戦を開始した際には、助力を頼まれるもハヤトたちとの接触で戦うことに迷いが生じて戦うことに迷いが生じ、ビャッコは単独で行動して失敗しカイレンによって石化される結果を招いてしまう。次いでゲンブが石化については「ゲンブを殺したのはシンカリオン」という部分しかソウギョクから伝えられず、ソウギョクに操られるままハヤトたちと敵対することになるが、E5×ドクターイエローの戦闘の最中に精神世界でハヤトと対話。ハヤトが信じた自分の気持ちを信じる決意を固め、その場を去った。
 その後は地底世界には戻らず上野駅近辺を放浪していたが、アズサの自宅に居候することになり彼女の影響もあって迷いながらもハヤトたちを助けるようになる。キトラルザスとの決別後は徐々にハヤト以外の運転士とも打ち解け、後に正式に大宮支部所属のシンカリオン運転士として迎えられた。なお、偶然シャショットをブラックシンカリオンに乗せたまま変形した際に通常の変形時の3倍近い速度まで達し、ブラックシンカリオンはこの時「ブラックシンカリオン 紅」へと進化した。以降はセイリュウの適合率が高まるとブラックシンカリオン 紅に変形するようになり、これを機にハヤトの強さの秘訣を理解する。
 カイレン撃破後も変わらず大宮支部所属として活動したが、再び姿を現したソウギョクの策略によりブラックシンカリオンを奪われ、ハヤトたちと和解した後の記憶を失ってしまう。シノブからE3つばさ アイアンウイングを借り受けて戦うことで記憶を取り戻していき、キリンとの最終決戦前にはヤクモからブラックシンカリオンの返還を受ける。仲間と地上世界をキトラルザス同士の争いから守るため、キリンを地底世界に引きずり込んで決闘に臨み勝てなくても道連れにしようと死闘を繰り広げるが、ハヤトたちの説得で翻意し、ともにキリンとの決戦に臨んだ。
 第2期にも登場。劇場版での戦いの後は大宮支部所属のシンカリオン運転士のまま世界中の鉄道を巡る旅に出ていたが、ゲンブの依頼に応じて大宮支部に帰還。いくつかの国の鉄道の感想をドヤ顔で語り、スマットにアブトを上回る鉄分の持ち主だと評される。自らブラックシンカリオン 紅に搭乗してシンたちと模擬戦を行ってシンたちの欠点を指摘。その後にイギリスのハヤトを訪ねる。アラバキ討伐後にスザクやビャッコと再会する。
 キャラクター人気投票では第1回で第22位、第2回で第4位。
 スザク
 声 - 渡辺明乃
 女性エージェント。直接的な戦闘は避け、搦め手を用いた作戦を得意としている。姿を変化させる能力や、テレポーテーションを使うことができる。
 アズサを利用してシンカリオンの存在を一般人に暴露しようとしたり、シャショットに接近してブラックShincaを挿入して操ったりと、他の3人とは雰囲気の異なる手段で超進化研究所へと迫った。さらにアズサを利用してシンカリオンのデータを盗もうと画策するが、それを逆手に取った出水の作戦に利用される形となる。「心がある」ことが人間の弱点だと考えていたが、ゲンブからは逆に持たないことが自分たちの欠点だと反論されている。
 ソウギョクの「ゲンブを殺したのはシンカリオン」という言葉に違和感を感じ、ソウギョクに対して強い不信感を抱くようになる。セイリュウが離反した後はイザのサポートに回るが、ソウギョクとカイレンの存在に追い込まれ、自分で石化するために巨大怪物体と化してシンカリオンの前に現れるが、セイリュウの説得により協力を決意する。
 ハヤトたちとイザの対面し、ハヤトたちを東京駅に転送した後は地上に残り、セイリュウとともにアズサの自宅で居候することになる。キリンとの最終決戦ではルクスヴェテを増殖させ、シンカリオン各機がブラックシンカリオン オーガを追撃する手助けを、復活したゲンブ・ビャッコの協力を得て担った。
 最終決戦後も地上に留まることを決め、劇場版までに一人暮らしをしている。
 第2期では、地球で暮らすとビャッコの誘いを断っていたが何らかの理由でブラックシンカリオン オーガに搭乗して宇宙に赴いており、ソウギョクが活動再開したとの報をセイリュウから受けて通信を傍受し、アラバキの復活に手を貸すソウギョクを一喝する。アラバキ討伐後にソウギョクからの連絡を受けて地球に帰還、ビャッコと合流してカンナギたちの新天地を捜す旅に帯同する。

旧世代のエージェント 
本編の10年前に人類に攻撃を仕掛けたファーストエネミー事件を引き起こした3人を指す。カイレンが指揮を執って人類に攻撃を仕掛けたが失敗に終わり、5年後に地球を離れて移住可能な星を探索するため宇宙に旅立ったが結局見つけられず、作中においてまずトラメが帰還し、追って他の2人も帰還した。3人とも好戦的な性格であり、滅びから逃れるためには人類に対し武力行使による道しかないという思想のため、ビャッコたち現在のエージェントとは反りが合わない。
最終的に共存を望むセイリュウたちと対立し、激闘の末に倒された。

 カイレン
 声 - 増田俊樹
 人間に近い容姿をしており、白髪で黒いコートのような衣を羽織っており、顔にひび割れがある。旧世代のエージェントのリーダー的立ち位置にあり、特に「人類とは戦うこと以外道はない」と考え知的生命体は自分一人で良いという危険思想の持ち主で、地球を太古の状態にリセットすることを目指している。地球に知的生命体は自分だけがいればいいと考えた。
 帰還するとまず、先に帰還していたトラメを裏切ったうえシンカリオンに敗れたビャッコを、古い掟に従い処刑した。イザに対面した後に多数の手勢を率いてシンカリオンに戦いを挑み、シンカリオンが優位になると自ら姿を現し、シンカリオンを高く評価するとともに自らの名を伝え姿を消した。セイリュウが人間側に協力し、イザとの対話を試みるとこれを阻止するために動き、影武者を用いて自らは地上へと脱出し、超進化研究所総合指令部がある東京駅を目指す。E5はやぶさ、500こだま以外のシンカリオン全機が待ち受ける中央迎撃システムに誘導されるが、真の姿を現してそれら全てを圧倒したものの、最後はハヤトのE5はやぶさ MkII、セイリュウのブラックシンカリオン 紅により倒された。
 ソウギョク
 声 - 山内健嗣
 得体のしれない容姿で、背中に薄紫の骨格翼のようなものが生えており、白と黒の仮面のようなものを被っている。紳士的な口調が特徴だが、何を考えているかわからない策略家であり、平然と仲間を手駒として利用するなど狡猾な作戦を用いる。時々に応じて立ち位置を変える謎多き人物だが、ビャッコは「自分が生き残ること」だけを考えている「分かりやすいやつ」だと分析している。
 第1期ではカイレンとともに帰還する。ゲンブからカイレンとの対話の時間を設けることを求められると、条件としてシンカリオンの強さを見せることを約束させゲンブが人間界へ行くよう仕向けるが、これはゲンブを犠牲にすることでブラックシンカリオンとセイリュウを手駒に引き入れるソウギョクの計略であった。ゲンブを暴走させシンカリオンに倒させ、怒りの支配されたセイリュウとシンカリオンを対立させることに成功するが、セイリュウはハヤトとの接触を経て結局離反する。その後、カイレンとの最終決戦前には郡山駅付近で巨大怪物体となり、E6・E7・E3・ブラックシンカリオンの4機を引きつけ、カイレンが東京駅へと迫る時間を稼ぐ。
 カイレンが敗れた後は行方知れずとなるが、自分らよりも古い時代に人間界に潜入していたキリンと接触する。互いの思惑が異なりながらも表向きは協力し、ブラックシンカリオンをコピーしたブラックシンカリオン ナンバーズ5機を活用して、オリジナルのブラックシンカリオンを強奪する。その後はキリンが目をつけたアズサの誘拐を画策するが、それを良しとしないキリンにより妨害され再び姿を消した。
 劇場版では宇宙に散らばったキトラルザスに対して地球の豊かな現状を通信で送り、応答したヴァルハランと接触して彼らが欲する技術が搭載されたシンカリオン ALFA-Xの情報を提供し、ヴァルハランの地球侵攻を手引きした。自らもかく乱のためにブラックシンカリオンオーガに搭乗して出撃するが、ビャッコにより迎撃され行方は知れない。
 第2期ではカンナギに勧誘されてテオティに協力、アストレアとともに暗躍し、アブトを地球上のテオティの基地に監禁して洗脳に加担したりもする。また宇宙に散った同胞のキトラルザスに対する通信を続けており、間接的にメーテルがシンカリオンのことを知り、運転士になるきっかけを作る。
 表向きはテオティに協力しながらも、スザクやメーテルの呼び掛けもあって内心は自分の立ち位置に疑問を抱いており、王位を簒奪したヴァルトムからセツラを救い出して大宮支部に送り届けたり、再来したヴァルドルの発する信号についての情報を与えるなど超進化研究所に協力する姿勢も見せている。第40話で地球帰還を急ぐアブトと大宮支部の通信を助け、スザクに連絡してテオティとキトラルザスが協力して新たな居住星を探す旅に出発する手引きをするが、自身は再び行方をくらました。
 トラメ
 声 - 髙階俊嗣
 獣人のような容姿の大柄なキトラルザス。戦闘能力ならキトラルザスで随一だが、頭の出来はいまひとつで、細かいことや難解な作戦は苦手。
 旧世代のエージェントではいち早く帰還し、ビャッコと戦った直後のシンカリオンに交戦を挑むが、ビャッコの妨害により撤退した。その後ブラックシンカリオンに興味を持ち、セイリュウから奪おうとするが適合率不足で搭乗すら拒絶されて運転できず、これが悔しかったのか後にブラックシンカリオン破壊すら計画した。セイリュウがブラックシンカリオンとともに行方をくらますと、クレアツルスを用いて反逆したと断定した。ハヤトやセイリュウに対して宣戦布告し、緒戦はバーサーカーモードを展開したブラックシンカリオンを圧倒するが、E6・E7・E3・H5・ドクターイエローの怒涛の攻撃で追い込まれ、最後はE5×ドクターイエローとブラックシンカリオンの攻撃を受けて倒された。
 その後、ソウギョクによって石化が解かれ、戦線に復帰した。カイレンとの最終決戦前には相生駅付近で再び巨大怪物体になり、ドクターイエロー・N700A・トリニティーの3機を引きつけるが、早々にトリニティーが分離した700シリーズ3機の波状攻撃とかく乱により倒れこみ、N700Aのぞみとドクターイエローの同時攻撃を受けて、再び倒された。

その他のキトラルザス 
 ドクター・イザ / 八代 イサブロウ（やつしろ いさぶろう）
 声 - うえだゆうじ
 エージェントを束ねる首領的な存在。姿は白髪の老人であり、背中には緑の結晶体のようなものが生えている。
 その正体は、新幹線超進化研究所の創設者でもある初代所長・八代イサブロウである。キリンと多くの情報を共有し共存を提唱するも地球人類の身勝手さに辟易していた彼に交渉のテーブルにつくことは可能でも決裂するだけだと一蹴されたが、和解と共存のための対話を目指し、一見兵器とも思えるシンカリオンを研究開発し人類とキトラルザスの双方に与え、適合率100%を越えたE5およびE5MrⅡとブラックシンカリオンの運転士同士が精神世界に導かれ、対話が可能となる機体と2つの種族、第2期のもう一つの先住民族テオティを含めて3つの種族の未来を運転士たちに託すこととなった。
 地上にいた頃は紛れもなく地上の人類の一員だったが、E2系シンカリオン試験車を使った「第1回超進化速度到達実験」に運転士として臨むも突如起きた爆発事故により地底世界に試験車両と共に投げ出され瀕死の重傷を負い、キトラルザスに救われドクター・イザとなった。試験車両は改造してブラックシンカリオンに生まれ変わり、セイリュウに与えた。事故死したと思われて8年後、キトラルザスのイザとして生きていたことが超進化研究所が知ることとなったため、ハヤトたちとの対話の後に地底世界の崩壊で死んだとされるも謎に包まれている。
 カイレンとの決戦直前にハヤトたちと面会した際には、人類とキトラルザスの双方にシンカリオンを与え、どのような未来を創造するのか人類とキトラルザスの行く末を見守りたいと願っていたが、カイレンは自らが審判者として地球のリセットを考えており、そのため、カイレンを制止する手段としてハヤトに新たなシンカリオン「E5はやぶさ MkII」を託す。その機体の存在が、出水に新たな謎を与えた。
 石化の侵食で衰弱が進んでおり、地底世界の崩壊に際してはスザクに出水を地上に送らせ自ら望んでその場に残り、建物の下敷きとなって死亡した。死んだと思われて生きていた過去があるため、助かりようもない2度目の死も疑問視されている。その直前、左後方にいるキリンに目をやっていた。彼の存在を暗に示す意味で出水に「もう一人いる!  気を緩めるな!」と警告の言葉を遺した。
 第2期にはキリンやトコナミの回想で登場、2人を超進化研究所に採用して引き合わせ、共にシンカリオンの研究開発をしていたことが判明している。
 キリン
 声 - 浪川大輔
 カイレンたちより古い時代に、地上への移住を目的に人間界に潜入したエージェント。長年にわたって人間界に馴染んでおり、人間に近い容姿をしている。かなりの高身長だが、セイリュウを除き、同族の者たちの中で一番背が低い。金髪碧眼で金色のまつ毛と白い肌の青年の姿を持つが、本来は紅の瞳の金髪紅眼。首から下は浸食が進んでおり、常にスーツを着用し手袋をしている。
 十数年前に同胞に「地上への移住」を提唱して先遣として地上に上がり人間だった頃の八代イサブロウと出会い、多くの情報を共有し、カイレンを説得すべく情報を送り続けていた。しかし、本編の10年前にカイレンたちの侵攻「ファーストエネミー」以降、後述する人類との戦いまで音信不通となっていた。その間、超進化研究所に所属してシンカリオンの開発に寄与していた。八代の介添えで開発の段階でトコナミ（ザガン）と邂逅しており、彼を本名で呼び親しい間柄の同僚だった。しかし、自分は人間は支配しなければ自分たち異種族を受け入れないと考え、そんな気持ちを理解しつつ人類・キトラルザス・テオティの共存を信じるトコナミとは思想的に相容れない関係にあった。
 武力によって支配しなければ人類は異種族を受け入れないと考えを持ち「シンカリオンで世界を導く」という思想に至っており、利害の一致したクラシキ重工の倉敷イズモとは協力関係にあった。イズモの息子・ヤクモから科学産業省や上田アズサの持つ得意な能力の情報を得て、自らの理想実現のために役立つと考えアズサに接触する。アズサやシンカリオン運転士たちに拒絶されると敵意を露わにし、ブラックシンカリオンオーガに乗り込み日本政府に交渉を要求する。最後はシンカリオン全機による一斉攻撃を受け、E5 MkII オーバークロス ブラックシンカリオン紅の攻撃により敗れ、 超進化研究所総合指令部によって保護された。
 第2期でも超進化研究所の保護下にあり、時折外出して裁判の傍聴をしている。未だに「人類を力で支配する」という考えは変わっておらず、トコナミから無理やり情報を引き出したアストレアにより巨大怪物体化させられシンカリオンZと戦うが、E5ヤマノテに敗れる。戦いの中で異種族との共存を模索するシンたちの「まだテオティのことは分からないが、理解しようとし続ければ線路はいつか交わる」という彼らの思いに触れ、戦闘後にこれ以降は傍観者として戦いの行く末を見守ることをシンたちに告げる。

その他の登場人物（第1期） 
 倉敷 ヤクモ（くらしき やくも）
 声 - 辻井健吾
 将来を嘱望される科学産業省の若手キャリア官僚で、クラシキ重工の御曹司。超進化研究所総合指令部からの依頼でシンカリオンの調査を行っている。超進化研究所だけでは解明できない様々な謎を解明するために、超進化研究所と海外の研究機関、科学産業省および政府との協力を依頼するための橋渡しをする役目を担う。
 フタバとは4つ年上の幼馴染であり、親が勝手に決めた婚約者の間柄。子どもの頃はフタバにとってのヒーローのような存在だったが、中学校は別の町の進学校に通うために引越して疎遠になり、以後は年に一度クリスマスの時期に会う程度の付き合いになっていた。フタバの大宮支部赴任後に会った際には数年間フランスに赴任することが決まったことを伝えプロポーズするが、フタバからは「大宮支部で支えたいものがある」ことを理由に断られる。
 物語終盤にフランスから一時帰国した際にフタバからアズサの能力のことを聞き、これをクラシキ重工と協力関係にあったキリンに伝える。キリンや父・イズモに協力はしていたがその目的までは知らされておらず、2人の真の目的を知るとソウギョクが奪ったブラックシンカリオンをセイリュウに返還し、地底世界に通じるトンネルの存在をフタバに伝える。
 モデルになったのは企画発足から携わり、テレビアニメではプロデューサーを務めたジェイアール東日本企画の鈴木寿広。
 倉敷 イズモ（くらしき いずも）
 声 - 小形満
 超進化研究所とも取引がある有名な大企業「クラシキ重工」のCEO。ヤクモの父で、フタバとの縁談を勝手に進める張本人。
 日本全国に新幹線を整備し地域格差をなくすべきという思想を抱いており、そのためにキトラルザスの技術を利用するため、利害の一致したキリンとは協力関係にあった。しかし、結局はキリンの野望の片棒を担がされていただけだと知り、キリンとの最終決戦後にヤクモに説得され全てを詳らかにする決意をする。
 スーパー・スパイス（イナホ・ミヤコ・ナスノ）
 声 - 洲崎綾（イナホ）、金魚わかな（ミヤコ）、井上遥乃（ナスノ）
 3人組の人気女性アイドルユニットで、イナホが桃色、ミヤコが黄色、ナスノが青色の衣装を着用している。
 辻本 達規（つじもと たつのり）
 声 - 辻本達規（本人）
 王子駅近くの北とぴあで行われた超進化研究所大宮支部の忘年会に、出水がサプライズゲストとして招いた「BOYS AND MEN」のメンバー。
 なお、本人役で出演できるのは1人だけと決まっていたため、メンバー全員によるオーディションを実施し、池添の審査により辻本に決定した。
 辻本は、劇場版には北海道支部の指令員「渡島 カムイ（おしま かむい）」役で出演し、第2期にも本人役で出演している。

テレビアニメ第2期の人物

運転士（第2期） 
 新多 シン（あらた しん）
 声 - 津田美波
 主人公。東京都北区田端に住む小学校5年生。シンカリオンZ E5はやぶさの運転士。10月1日生まれの10歳 → 11歳。一人称は「俺」。
 宇宙人やUFO、UMA、妖怪などのミステリーに興味を持っており、自らを「世界の謎と不可能に挑戦する男」と称する。夢は宇宙人と友だちになること。人に会えばオカルトの知識を披露してしまう癖がある。「可能性はゼロじゃない」が口癖。アブトがテオティに寝返って以降はアブトの奪還を目指すとともに、地球人類とテオティの共存の可能性を模索するようになる。
 大曲 ハナビ（おおまがり はなび）
 声 - 寺崎裕香
 秋田県大曲市に住む小学校5年生。シンカリオンZ E6こまちの運転士。12月21日生まれの10歳 → 11歳。一人称は「俺」。
 実家は大曲でも有数の老舗花火師で、自らも花火師を志望している。父・タネビの花火に音楽との響きを感じてロック音楽に傾倒し、花火と音楽を融合させた究極の花火を打ち上げることが夢で、自らを「大曲の歴史にその名を刻む男」と称する。
 戸隠 タイジュ（とがくし たいじゅ）
 声 - 鷄冠井美智子
 長野県木曽の山奥に住む小学校5年生。シンカリオンZ E7かがやきの運転士。8月10日生まれの10歳 → 11歳。一人称は「自分」または「俺」。誰に対しても丁寧語で話し、相手を呼ぶ時は君付けやさん付け。技を放つときに「ほいよ！」という掛け声を口にする。
 親元を離れて林業を営む祖父と暮らしており、森や山が大好きでその知識も豊富。虫が苦手で気弱でな性格で、もの静かな雰囲気だが、野生のイノシシすら投げ飛ばす怪力の持ち主。学校で友達を助けようとして逆に怪我をさせてしまったことがトラウマとなり、それが理由で運転士になることも断っていたが、友達になりたいと何度も自分の元に通うシンに触れるうちに運転士になることを承諾する。
 ブラックストーンの捜索で訪れた遠野で、ソウギョクを探っていたメーテルと遭遇し、それ以来メーテルを意識した様子が見られる。最終話でアマチュア無線の免許を取得し、メーテルとやり取りしていると語っている。
 中洲 ヤマカサ（なかす やまかさ）
 声 - 島袋美由利
 福岡県福岡市在住の小学校6年生。シンカリオンZ 800つばめの運転士。7月15日生まれの11歳 → 12歳。一人称は「僕」。
 成績優秀でスポーツ万能。アブトにも劣らない鉄道知識の持ち主で、初対面でアブトと火花を散らしたこともある。実家はおきゅうとを製造する会社を営んでおり、会社を継いで九州一にするために家業を手伝っている。鷹匠でもあり、相棒のオオタカの名前は「アルバート」。リアリストであり、シンの考え方やオカルト好きを「非科学的だ」と一蹴するが、戦いの中で互いの考え方を尊重することを学び和解する。800つばめの運転士の先輩にあたるレイを慕っている。
 安城 ナガラ（あんじょう ながら）
 声 - 東山奈央
 愛知県名古屋市在住の小学4年生。シンカリオンZ N700Sのぞみの運転士。3月16日生まれの9歳。一人称は「俺」。物怖じしない積極的な性格だが、熱くなると目の前の事象にとらわれてしまうことが欠点。
 兄・シマカゼとともにリュウジと同じの空手道場に通っているが、兄を超えたいという思いから兄とは異なるフルコンタクト空手を習っている。リュウジに見出されて兄弟で運転士候補として訓練を受けるが、当初ナガラはシマカゼが運転士には適任と考えていた。ナガラのほうが適合率が少しだけ高いことを理由に運転士に選ばれる。
 安城 シマカゼ（あんじょう しまかぜ）
 声 - 内田雄馬
 愛知県名古屋市在住の小学6年生。シンカリオンZ N700Sのぞみのサブ運転士 → ドクターイエローの運転士。3月21日生まれの11歳。一人称は「僕」。弟・ナガラとは対照的に、状況を冷静に判断できる性格の持ち主。
 シマカゼ自身は伝統的な空手を貫いており、ナガラとは「目指すものが違う」として手合わせを避けていた。これには幼い頃に父・シナノから「兄としてナガラの前を新幹線のように真っ直ぐ走れ」と言われたことに起因し、異なる流派を志した弟の成長を願ってのことであった。ナガラとともに運転士候補として訓練を受けるが、この思いから適合率の高いナガラに運転士を譲り、自らは直感的に動きがちなナガラのサポート役に回る。2名が搭乗可能なN700Sのサブ運転士としてナガラの成長を見届けて正式にナガラ1人にN700Sを託した後、ドクターイエローの運転士に任命される。
 嵐山 ギンガ（あらしやま ぎんが）
 声 - 蒼井翔太
 京都府京都市在住の小学5年生。シンカリオンZ 500こだまの運転士。9月11日生まれの10歳 → 11歳。一人称は「僕」。
 芸能事務所に研究生として所属するアイドルの卵でもあり、自分のきらめきをたくさんの人に届けたいと思っている。駅の発車メロディが好き。
 月野 メーテル（つきの めーてる）
 声 - ゆきのさつき
 北海道長万部町在住の小学5年生。シンカリオンZ H5はやぶさの運転士。9月9日生まれの11歳。『銀河鉄道999』とのコラボレーションによるキャラクターで、モチーフとなったのは主要キャラクターのひとり、メーテル。『銀河鉄道999』とのコラボレーションは劇場版公開に合わせて製作されたコラボレーショングッズに続いて2度目。
 北海道新幹線の長万部延伸を楽しみにしている。人と話すのが苦手で、当初は北海道支部指令長の大沼とすら顔を合わせて話すことができないほどの人見知り。アマチュア無線でさまざまな無線を傍受するのが趣味で、物語の1年前に偶然ソウギョクが宇宙の同胞に送っていた通信を傍受してシンカリオンの存在を知る。新函館北斗駅を訪れた際に電話でシンカリオンについて話す出水を見かけ、出水を追跡するうちに超進化研究所にたどり着き、適合率の高さを見込まれて運転士候補となり、出水に協力してソウギョクを追っていた。ソウギョクを追跡する過程で遠野でタイジュとニアミスしている。

新幹線超進化研究所関係者（第2期）

横川支部 / 大宮支部（第2期） 
横川支部は碓氷峠鉄道文化むらの地下に存在する超進化研究所の支部のひとつ。テオティとの戦いの激化とブラックストーンの分析のため、後に主要メンバーは大宮支部に異動した。

以下の人物は、#大宮支部（第1期）を参照。
 久留米 ミドリ（くるめ みどり） - 大宮支部の女性医師。
 三島 ヒビキ（みしま ひびき） - 大宮支部の女性研究員。
 小山 ダイヤ（おやま だいや） - 大宮支部の男性指令員。
 三条 ミノリ（さんじょう みのり） - 大宮支部の女性指令員。

以下の人物は、#現代のエージェントを参照。
 ゲンブ - キトラルザスのエージェント。正式に大宮支部に配属されている。

 碓氷 アブト（うすい あぶと）
 声 - 鬼頭明里
 もう一人の主人公。群馬県横川に住む小学校5年生。横川支部 → 大宮支部。整備士 → 運転士。4月1日生まれの10歳。一人称は「俺」。名前は「アプト式のように困難を乗り越えて欲しい」という父・トコナミの願いが込められている。プライドが高く、慰められることを嫌う。また、失敗することに慣れておらず、失敗すると必要以上に苦悩する。気晴らしに旧丸山変電所に夜訪れることがあり、屋根の上に佇み夜空を見上げる姿を宇宙人だと噂され、これがシンと出会うきっかけとなる。赤みの強いピンクのメッシュのあるアホ毛が入った銀色の短髪と金色の瞳を持つ。物語中盤で、父がテオティのザガンであり、地球人の母・シラユキとの間に産まれた混血児だと判明する。
 小学生ながら島とともにシンカリオンZやザイライナー、Zギア、スマットを開発する。優秀な技術者だった父は幼い頃に失踪しており、その直後から設計図のイメージが脳内に浮かぶようになるが、この設計図を基にシンカリオンZなどの開発が進められ、Z合体に必要なZコードの所在地のヒントを夢の中で見るようになるが、これらはトコナミが思念波として送ったものだと後に判明する。また、常人から外れた運動神経を持っており、他の人間には聞こえない音を聞いたりできる。シンカリオンZの運転士も志していたが、適合率が低くて起動せず断念している。
 母・シラユキと2人で暮らしており、大宮支部への異動の際には失踪した父親の代わりに母親のそばにいようと決意し「母さんをひとりにできない」と異動を拒否したが、島から話を聞いたシラユキに説得され、異動を受け入れる。その後、夢にたびたび出てきた「闇の新幹線」（ダークシンカリオン）に乗り込み、敵の罠に嵌まってダークシンカリオンの運転士にされてしまう。以降、カンナギとアストレアに父・トコナミを人質に取られての脅迫に従わせられ、カンナギによってテオティの救世主に祭り上げられ何も知らないテオティの民の不遇に同情し守りたいと考えるよう仕向けられ、マインドコントロール状態に陥る。ヴァルトムに誘拐されたセツラを救おうと地球に急行するが、ダークシンカリオンの侵食やカンナギに追いつめられ負の感情を膨れ上がらせてトレランティアを暴発させ、デビルモードを発動させ自分はテオティだと宣言しシンたちに対する憎しみを露わにするようになる。人格と同時に容姿もテオティ寄りに変化しヒステリックで冷酷な性情となり、カンナギが主張する地球人類殲滅こそがテオティを守ることだと妄信するようになり、トコナミの説得に耳を貸さなくなる。ユゴスピアに乗り込んだシンたちの必死の呼び掛けとシンとの戦いに敗れたことで正気を取り戻し、自分一人で悩むのではなく、仲間を信頼して共に歩むことの大切さを学び、トコナミを取り戻し家族3人で暮らすことを誓い、シンたちを信じて共闘する。
 十河 サイジョウ（そごう さいじょう）
 声 - 後藤光祐
 横川支部 → 大宮支部の指令長。恰幅の良い初老の男性で、気が弱く有事の際にはよく狼狽している。大宮支部異動前の平時は、碓氷峠鉄道文化むらで園内を周遊するミニ列車の運転士をしている。
 吾孫子 カスミ（あびこ かすみ）
 声 - 千本木彩花
 横川支部 → 大宮支部の指導員。眼鏡をかけ理知的な雰囲気を漂わせる真面目な女性だが、アイドル好きな一面がある。
 立派な指導員たらんと張り切っており、主にZコードの探索や運転士候補との交渉などに同行するが方向音痴で、シンやアブトを迷子の巻き添えにすることが多々ある。
 大石 ミサキ（おおいし みさき）
 声 - 森谷里美
 横川支部 → 大宮支部の司令員（オペレーター）を務める恰幅の良い女性。アブトが横川支部に不在の際は、超進化ブレーカーのセーフティ解除と起動も担当する。大宮支部異動前の平時は碓氷峠鉄道文化むらの入園ゲートを担当している。読書が趣味。
 島 ゴイチ（しま ごいち）
 声 - 藤原貴弘
 整備長。横川支部 → 大宮支部。背中にかかる細長いセミロングであり、首のところで無造作に束ねている。部下からは「おやっさん」と呼ばれている。アブトとともにシンカリオンZやザイライナーの開発にも携わる。大宮支部異動前の平時は碓氷峠鉄道文化むらでED42の整備をしている。
 トコナミとは大学の後輩のシラユキの紹介で出会い、碓氷峠鉄道文化むらで共に働き、トコナミが新幹線や在来線への造詣を深めるきっかけを作る。しばらくしてトコナミにテオティであることを打ち明けられた。後にトコナミを八代に紹介、大宮支部や鉄道総合技術研究所でもトコナミととも働いていた時期がある。
 細川 アツタ（ほそかわ あつた）
 声 - 岡林史泰
 整備士。横川支部 → 大宮支部。学生時代のサークル活動ではロックバンドを組んでいた。アケノに恋心を抱いており、正体がテオティであることが発覚すると戸惑うが、アストレアの大宮支部潜入を機に吹っ切っており、その後は優しくしてくれた大石に好意を抱く。
 スマット
 声 - 福山潤
 トコナミの設計図を元にアブトが作ったスマートフォン「超進化モバイル・Zギア」が変形したロボット。非常に饒舌であり、口癖は車掌のように「ございまーす」と語尾を付ける。QRコードを読み込む（スマットは「食べる」と表現する）ことが大好き。Zコードのある程度の位置の特定ができる。
 シンカリオンモード変形後はE5はやぶさと一体化し、シンのサポートを担当。シンカリオンモード時はシャショットと同様に口調が勇ましい口調に変わり、語尾に「ゼット!」と付ける。Zギアはアブトや他の運転士などの分も含め複数あるが、スマットに変形するZギアはシンが持つものだけであり、残りは汎用型。

その他の研究所職員（第2期） 
以下の人物は、#運転士（第1期）を参照。
 清洲 リュウジ（きよす りゅうじ） - 名古屋支部の臨時指導員代理。
 大空 レイ（おおぞら れい）

以下の人物は、#大宮支部（第1期）を参照。
 出水 シンペイ（いずみ しんぺい） - 総合指令部の総指令長。
 三原 フタバ（みはら ふたば）
 本庄 アカギ（ほんじょう あかぎ） - 京都支部の指令長代理。
 小田原 キントキ（おだわら きんとき）
 山口 ナガト（やまぐち ながと）

以下の人物は、#その他の研究所職員（第1期）を参照。
 小倉 アカツキ （おぐら あかつき） - 門司支部の指令長。
 川内 ナギサ（せんだい なぎさ） - 門司支部の女性指令員。
 羽島 リンドウ（はしま りんどう） - 名古屋支部の指令長。
 浜松 スルガ（はままつ するが） - 名古屋支部の男性指令員。
 明石 カイセイ（あかし かいせい） - 京都支部の男性指令員。

 碓氷 トコナミ（うすい とこなみ）
 声 - 田邊幸輔
 #テオティとその協力者を参照。

 瀬戸 ヒノデ（せと ひので）
 声 - 山口りゅう
 伊予西条支部の指令長。刑事ドラマ風の風貌をしている。

その他の研究所関係者（第2期） 
以下の人物は、#運転士（第1期）を参照。
 速杉 ハヤト（はやすぎ はやと）

以下の人物は、#その他の研究所関係者（第1期）を参照。
 速杉 ハルカ（はやすぎ はるか）
 速杉 サクラ（はやすぎ さくら）

以下の人物は、#現代のエージェントを参照。
 セイリュウ
 スザク

以下の人物は、#その他のキトラルザスを参照。
 八代 イサブロウ（やつしろ いさぶろう）
 キリン

 新多 アユ（あらた あゆ）、新多 トキ（あらた とき）、新多 キボウ（あらた きぼう）
 声 - 高尾奏音（アユ）、石松千恵美（トキ）、花輪英司（キボウ）
 シンの家族。アユは姉で、将来の夢はジャーナリスト。トキは母で、やや天然の傾向がある。キボウは父で、物語冒頭時点では単身赴任中だったが、第31話以降では同居している。
 碓氷 シラユキ（うすい しらゆき）
 声 - 藤村知可
 アブトの母。気丈な女性だが、アブトいわく「泣き虫」。
 ソロキャンプ女子で訪れた山の中で怪我をしたトコナミを発見し介抱する。その後はトコナミとともに暮らし、鉄道に興味を持ったトコナミを大学時代の大先輩の島に紹介する。トコナミがテオティであることは出会ってしばらくして打ち明けらており、なかなか信じられずにいたが、時間をかけて説明されて受け入れており、後にトコナミと結婚、トコナミとの間にアブトを儲ける。
 隠されていたアブトの寝返りを知って帰宅する時、追いかけてきたシンに夫がテオティであることを明かした。
 大曲 タネビ（おおまがり たねび）、大曲 トモシビ（おおまがり ともしび）
 声 - 木村雅史（タネビ）、高橋夏生（トモシビ）
 ハナビの両親。父のタネビは花火職人で、花火も音楽もシンカリオンも半端に関わるハナビを当初は突き放していたが、ハナビの決意の強さを感じ取って和解する。母のトモシビは頑固なタネビに半ば呆れつつ、ハナビの行動には理解を示している。
 戸隠 マサカリ（とがくし まさかり）、戸隠 キリカブ（とがくし きりかぶ）、戸隠 コズエ（とがくし こずえ）
 声 - 宮澤正（マサカリ）、城岡祐介（キリカブ）、元吉有希子（コズエ）
 タイジュの家族。祖父のマサカリは長野の山中で林業を営んでいる。キリカブは父、コズエは母。
 中洲 ドンタク（なかす どんたく）、中洲 ホウジョウ（なかす ほうじょう）
 声 - 藤翔平（ドンタク）、古賀晶子（ホウジョウ）
 ヤマカサの両親。父のドンタクはおきゅうとを製造する会社を経営している。ホウジョウは母。
 安城 シナノ（あんじょう しなの）
 声 - 井上剛
 ナガラとシマカゼの父。船長として海上輸送の仕事をしている。第2期第34話のヴァルドル発進前夜のシーンでは、妻（ナガラとシマカゼの母）も描かれている。

テオティとその協力者 
とはテレビアニメ第2期における新たな敵対勢力。見た目は地球人に似た姿だが、明らかに地球人とは異なる髪や肌の色合いや独特な耳の形をしており、地球人類よりも身体能力や五感が優れている。また、地球人と並ぶと大人と子供みたいに身長差のある長身であり、身体のどこかにタトゥーのような光る紋様や鉱物のような光るものを持つ。口内は青紫色。一部のテオティは変身を含めた超能力を有する者も存在する。

地球人類が誕生する以前に地球にいた先住民族であり高度な文明を誇った戦闘民族だが、アラバキの出現によって数が激減し、環境の変化によって地球脱出を余儀なくされ小惑星に偽装した超大型宇宙船ユゴスピアに避難した。その後は地球の環境復活を宇宙で待っていたが、その間に地球では新たに人類が文明を築いていたことから、母なる星がよそ者に盗まれたと思い込み、一方的に憎悪を抱くようになる。

政治形態としては王政を敷き、物語開始時点では老齢の王に代わり、実質的に指導者の地位は王位継承者である息子のカンナギに移っている。種族として地球奪還を掲げてはいるが、ヴァルトムはブラックストーン（クサビ石）を次々と破壊して先祖が苦労して封印した破壊神アラバキを利用して侵略しようと行動し、ワダツミはそれを黙認して戦いを優先し、カンナギはアブトを操ってダークシンカリオンによる侵攻を主張する一方でブラックストーンをアブトに破壊させ、復活させたアラバキを王家の力で操って地球人類を殲滅して地球をリセットしようと考えるなど、一枚岩ではない。

以下の人物は、#旧世代のエージェントを参照。
 ソウギョク - 人類とキトラルザスの戦いの後、放浪の末にテオティに協力するようになる。

 カンナギ
 声 - 阿座上洋平
 テオティの王位継承者であり、実質的に指導者の立場にある青年。物語中盤、王が暗殺されたことで正式に王となる。緑色の肌と青い髪を持つ。顔に傷痕のようなピンクの光る紋様があり、首もとや両腕にも宝珠の如く独特な紋様が浮かぶ。虹彩の上半分に赤い影のある黄色い瞳をし、眼に紅を差している。ただし、地球人類よりは種族の差で高身長に映るが、テオティの中では低身長でガリガリの痩身である。
 ダークシンカリオンの開発をザガンに強要し、完成後はアブトを運転士に仕立てる。自分の手駒として使いやすくするためにザガンと彼の息子アブトを引き離してアブトを精神的に追いつめてトレランティア暴発に追い込んで心を破壊し、ダークシンカリオンを思い通りに動かす道具に貶めて喜び、アブトのテオティの血を利用することをためらいなく行うなど、目的のためには冷酷な一面を垣間見せる。
 アブトが正気に戻ったこと、城の宮殿区画がザガンの破壊工作によってユゴスピアから切り離されたことで逆上し、太古よりテオティに伝わる禁じられたコード「敗者必滅」を使用して自らの実力行使による地球征服を企てる。アブトに対して逆恨みの感情を露わにして戦うが敗れ、さらに「敗者必滅」の副反応での暴走するがアブトによって助けられ改心し、テオティの戦士とともにアラバキ討伐に力を貸す。
 アラバキ討伐後、ゲンブとセイリュウを介して宇宙で移住先を探していたビャッコおよびスザクと接触し、地球に対する執着を捨てて宇宙に新天地を求めて民とともに旅立つ決意をし、住み慣れたユゴスピアに残留する民と地球移住を望む民の処遇を超進化研究所に託す。
 アストレア
 声 - 井上麻里奈
 カンナギの双子の姉で、カンナギ同様に人類に対して強硬な立場をとっている。虹彩の上半分に赤い影のある黄色い瞳と薄い青の肌と青いグラデーションの長髪を持ち、常に顔のほとんどを覆う仮面を装着して口元しか見えないのでトコナミを含めたテオティは素顔を知らない。ピンクの光る紋様がある。カンナギが勧誘したソウギョクとともに関が原の戦いで暗躍した。弟ともどもにトコナミとその家族の度重なる不幸の元凶。
 本編開始より以前から地球に潜入しており、カメラマン「明星 アケノ」（みょうじょう あけの）として活動していた一方で、ザガンを地球偵察任務で送り込むが、数年後に超進化研究所に勤務していた彼に帰還およびシンカリオン開発を強要しトコナミたち親子を引き裂いた。また、明星アケノとしてはシンやヤマカサたち運転士に接触して情報を収集したり、アブトとの接触を妨害したりと暗躍した。
 カンナギが「敗者必滅」を行使しようとコードを要求するのを弟の身を案じて厳しめの口調で警告し制止するが止められず、カンナギがトレランティアが暴発して怒りの感情に囚われると今までの仕打ちの被害者であるアブトたちに恥を忍んで救助を依頼した。
 王
 声 - 江川央生
 物語開始時点でのテオティの王で、アストレアとカンナギの父。ヴァルトムの王位簒奪によって力を奪われ、結晶化する。
 ヴァルトム
 声 - 松風雅也
 赤い肌と濃いオレンジ色の逆立った髪を持つ。黄色の光る紋様が顔や身体にある。女性的なしゃべり方で饒舌。顔は命とのこと。アラバキを利用して地球侵攻を企む首謀者で、表面上はカンナギに従っているが、王位の継承を目論んでいる。
 物語序盤から積極的に人類に対して戦いを挑み、さらなる成果を求めて自ら巨大物体化してシンカリオンに戦いを挑むが、E5ヤマノテによって右腕を切り落とされる。拠点に戻ると度重なる勝手な行動によりカンナギの怒りを買い、隻腕となったことで拠点での後身の育成を命じられるが、不服として王を殺害して王家の力（トレランティア）を強奪。これによって姿を変貌させ、地球の王となるべく暗躍する。
 ザガンがカンナギとアストレアを道連れに宮殿部ごと宇宙に去ると、結晶化したワダツミを利用して超進化研究所に攻撃を仕掛け、それを機にアラバキ復活を本格化させる。全てのブラックストーンを破壊し、地球に再来したカンナギをアラバキに取り込もうとするが、カンナギによって王家の力を奪い返され、完全復活したアラバキに飲み込まれる。
 ワダツミ
 声 - 櫻井トオル
 褐色の肌と後ろで束ねた長髪であり、ペールオレンジのまつ毛を持つ。ライトブルーの光る紋様がある。好戦的だが姑息な手を嫌い、誇り高く寡黙。巨大怪物体を作り出す際、光るリングが身体を囲むように斜めに出現する。ヴァルトムの王位奪取の計画を知ってはいるが、シンカリオンZとの戦いを優先して暗躍する。人間を心底軽蔑している。
 カンナギからは「最強の戦士」と評価されているが、度重なる作戦失敗によって後がなくなり、自ら巨大怪物体化して大宮支部を襲撃するが、覚醒したE5ヤマノテの前に敗北し、赤い結晶に覆われる形で活動を停止する。
 アブトが仲間とともに地球に帰還後、王家の力を奪ったヴァルトムによって復活させられるが、ダークシンカリオンアブソリュートによって再度倒される。
 碓氷 トコナミ（うすい とこなみ） / ザガン
 声 - 田邊幸輔
 アブトの父。ダークシンカリオンの開発者。
 テオティとしての姿は擬態時より長身で薄いピンクから薄い水色のグラデーションの髪と薄茶の瞳、ペールグリーンのまつ毛と暗褐色の肌を持ち、両頬に淡く黄みを帯びた白い光る紋様がある。髪型はおかっぱ、擬態時は銀髪と茶色の瞳に白い肌、顔の左側の髪に幅広くピンクのメッシュがある。姿を変える時は眩い光を纏い光のコードを乱舞させ、擬態と真の姿とを行き来する。
 本編の15年前に偵察任務のためにユゴスピアから地球に送られるが、移動艇の着陸に失敗して山の中に不時着、怪我を負ったところをシラユキに介抱される。シラユキの自宅で療養している際に碓氷峠鉄道文化むらで鉄道と出会い、シラユキの大学の大先輩の島を通じて、碓氷峠鉄道文化むらで働きながら鉄道の知識と整備士としての実力を身につける。その後、島からの紹介で八代と出会い、超進化研究所大宮支部に所属して次世代高速鉄道の研究、さらにシンカリオンの開発にも携わる。この頃に、同じく八代にスカウトされたキトラルザスのキリンと同僚になっている。後に島とともに鉄道総合技術研究所に主任研究員として出向する。
 この頃にはシラユキと結婚してアブトが生まれており、地球人「碓氷トコナミ」として生きる決心をしていたが、横川支部発足決定の矢先にアストレアにユゴスピア帰還とシンカリオン開発を強要されて家族を守るために失踪、捕縛される前にとブラックストーンの所在地近くにZコードを隠し、ユゴスピアに戻った後はダークシンカリオンの開発を強要されながらも、思念波でザイライナーの設計図やZコードの所在地のヒントをアブトに送り続ける。なお、思念波を使う時は眼が青く光る。
 数年後にアブトに再会して初めてアブトがダークシンカリオンの運転士にされたことを知り、カンナギの危険性を説明しようとしてアストレアに声を奪われ、アブトをシンたちと戦わせるための人質にされる。洗脳の末にトレランティア暴発によって正気を失い、地球を守りたいと願っていた息子アブトが地球人類を滅ぼそうとする姿に心を痛めるが、息子を慕い恐怖で近づけなくなったセツラに相談され情報を託して使者として超進化研究所に送り、またシンたちの戦いを見て、アブトを救ってくれるかもしれないと希望を見出す。その後、アブトが正気に戻ったことを見届けた上で思念波でシラユキを託して別れを告げユゴスピアから宮殿を破壊工作で切り離し、カンナギとアストレアを道連れに自らも宇宙に去るも囚われ、小惑星群との衝突で宮殿が崩壊しかけた際にアブトに助けられる。アラバキ復活を知ってシンカリオンZに組み込んでいたダブルZ合体を教え、アラバキ討伐作戦ではチーム・シンカリオンと共闘し、ユゴスピアのアンカーをアラバキに打ち込んで宇宙空間に引き上げ、アラバキ撃破後はアブトと共に妻の元に戻った。
 碓氷 アブト（うすい あぶと）
 #横川支部 / 大宮支部（第2期）を参照。
 セツラ
 声 - 久保ユリカ
 テオティの子ども。人見知りで初対面では警戒するも根は素直で、地球のことに強い興味を示す。デアボル襲来からテオティの民を守ってくれた一件以来、アブトに懐いている。トコナミにも懐いており、「トコナミ様」または「ザガン様」と呼ぶ。
 トレランティアを暴発させて以降、悪魔のように変貌したアブトに恐怖を抱き、何とか元のアブトに戻ってほしいとトコナミに相談したことで超進化研究所へ使者として送られ、ユゴスピアの位置情報を超進化研究所にもたらす。
 アラバキ撃破後、新天地を探す旅を決意したカンナギに同行する。
 バフラム
 声 - 星祐樹
 テオティの戦士。青年。アブトをテオティを救った救世主と考えて家臣の如く遜って接する。しかし、トレランティア暴発以降の凶暴な言動をE5との戦闘で目の当たりにし、カンナギとアストレアによるアブトの変貌についてはトコナミに同調している。
 トコナミの依頼でE5を救出した戦士の1人で、E5とダークシンカリオンの再戦では窮地に陥ったE5をカマルスとともに庇い、地球人を排除してまで地球に還りたいとは思わないと訴える。アブトとカンナギの決戦にもカマルスとともに駆けつけ、「敗者必滅」で暴走するカンナギを目撃し、カマルスとともにカンナギを押さえ込む。
 カマルス
 声 - 田島章寛
 テオティの戦士。巨体の男性。ユゴスピアを訪れたシンたち地球人を拒絶していたが、セツラが持ち帰った駅弁を食べて以来、態度を軟化させる。
 トコナミの民への呼びかけを聞いて同調し、E5だけではなく邪魔をした自分たちに対するアブトの容赦ない攻撃に立ち向かう。自分たちテオティは戦士だが、その力は誰かを傷つけるためのものではないとアブトに訴え、Z合体をしようとするE5を守る。

その他の登場人物（第2期） 
以下の人物は、#その他の登場人物（第1期）を参照。
 辻本 達規（つじもと たつのり）

 明星 アケノ（みょうじょう あけの）
 声 - 井上麻里奈
 カメラマン。行く先々でシンと出会い、迷うシンに助言を与えている。正体はカンナギの姉、アストレア。
 #テオティとその協力者を参照。
 バカボン鬼塚（ばかぼんおにづか）
 声 - バカボン鬼塚（本人）
 ゲストに辻本を招き、NACK5で公開生放送を行った。

ゲストキャラクター 
第1期第31話・劇場版・第2期第21話には特別編成の500系をベースとしたシンカリオン・シンカリオンZが登場し、それに伴ってテレビアニメ『新世紀エヴァンゲリオン』とのコラボレーションが行われた。ストーリーはいずれも主人公の夢の中という位置づけの番外編的なエピソードとなっており、物語本編には直接影響はしない。なお第2期第21話には、放送当時に『新世紀エヴァンゲリオン』のイベントを開催していた東映太秦映画村も登場した。

原作での設定などは新世紀エヴァンゲリオンの登場人物を参照。

 碇 シンジ（いかり しんじ）
 声 - 緒方恵美
 中学2年生の少年。14歳。京都支部所属の運転士で、シンカリオン 500 TYPE EVAの運転士。パイロットスーツは原作のプラグスーツがモチーフ。
 第2期ではシンカリオンZ 500 TYPE EVAの運転士として登場。東映太秦映画村に展示された初号機が暴走した巨大怪物体「鬼エヴァ」を、ザイライナー ミュースカイ TYPE EVAとのZ合体により撃退した。
 洞木 ヒカリ（ほらき ひかり）、洞木 コダマ（ほらき こだま）、洞木 ノゾミ（ほらき のぞみ）
 声 - 岩男潤子（3役）
 ヒカリはシンジのクラスメイト。コダマは姉で工科大学に通う20歳、ノゾミは妹でサッカーが得意なやんちゃでおませな小学生。名前は3人とも新幹線にちなむ。コダマ・ノゾミは原作には名前以外登場せず、「新幹線:エヴァンゲリオンプロジェクト」での「500 TYPE EVA」運行を記念してオリジナルキャラクターとして容姿が設定、アニメーション作品への登場は本作が初であった。
 姉妹の乗った車の前にハヤトが飛び出したことで出会い、熱海駅からE5はやぶさの待機する箱根湯本駅まで送り届ける。その際のハヤトとの会話で、ヒカリやコダマはハヤトが別世界から来たことを察する。
 綾波 レイ（あやなみ れい）、惣流・アスカ・ラングレー（そうりゅう・あすか・らんぐれー）
 声 - 林原めぐみ（レイ）、宮村優子（アスカ）
 シンジやヒカリと同じ学校に通う少女たち。「箱根湯本えゔぁ屋」（実在する公式ショップ）前を通るハヤトを目撃し、シンカリオンの運転士であることを知っているような会話を交わす。
 第2期ではザイライナー ミュースカイ TYPE EVAのZコードを探索して名古屋駅を訪れる。
 葛城 ミサト（かつらぎ みさと）
 声 - 三石琴乃
 京都支部の指令員として、シンジが運転する500 TYPE EVAのオペレーションを行う。音声のみの登場で、第1期第31話の予告は原作の予告をイメージしたナレーションで行われた。
 碇 ゲンドウ（いかり げんどう）
 声 - 立木文彦
 第2期でシンたちと遭遇。時刻表に「東京駅」が存在することから異世界に来たことを察し、巨大怪物体「鬼エヴァ」に対応すべく京都支部を訪れる。京都支部指令長代理の本庄から指令席を譲られ、Z合体の超進化ブレーカー起動も担当した。
 チーフプロデューサーの鈴木寿広は演出について、意図的に視聴者に違和感を感じさせるように、シンジとはまったく性格の異なるシンに対してもシンジと同じ態度で接するようにしたと語っている。

敵

旧製品版の敵 
 バチガミ
 異次元からゲートを通りやってくる謎の存在で、人間にバチを当てるために人を襲う。 古来から日本各地で目撃されており、遺物、伝承、信仰、民話などで伝わっている。遮光器土偶タイプが多く確認されているが、使徒型など他にも存在する。ドリルを射出したり、両目の間からビームを放ったり、ロケットパンチで攻撃する。
 後に放送されたテレビアニメでは、物語の10年前に出現した最初の巨大怪物体「ファーストエネミー」として扱われており、これに対抗するために開発された機動兵器がシンカリオンであると説明されている。

テレビアニメ第1期の敵

敵側のメカニック（第1期） 
 ブラックシンカリオン / 漆黒の新幹線
 #ブラックシンカリオンを参照。
 黒い貨物列車
 旧世代のエージェントが使用する車両。漆黒の新幹線と同様に「黒い粒子」を振り撒き、クレアツルスをを運搬するほか、エージェントの移動手段としても利用される。
 ブラックシンカリオン オーガ / 謎の新幹線
 #ブラックシンカリオン オーガを参照。
 ブラックシンカリオン ナンバーズ
 ルクスヴェテにより複製されたブラックシンカリオンのクローン部隊。顔がブラックシンカリオン オーガと同様の銀色の鬼のような仮面で覆われており、左肩にはローマ数字が刻まれている。作中ではI・II・III・IV・V・Xの6機が確認されており、それぞれがブラックシンカリオンと同様にシンカリオン各機に準じた武器を所持している。
 ブラックシャショット
 ハヤトをサポートするシャショットと同じ役割を持つロボット。ブラックシンカリオンナンバーズを制御する。シャショットとは異なり、無表情で無言である。

巨大怪物体（第1期） 
10年前に突如現れた正体不明のモンスターの総称。漆黒の新幹線やエージェントが「黒い粒子」を周囲の建物などに作用して変化させて出現させる。動力源などは一切不明で、形態も出現する度に毎回変化している。以下に作中に登場した巨大怪物体を列記するが、その名称は（エージェントの名称を除いて）超進化研究所が命名したもの。

 ファーストエネミー
 10年前に出現した最初の巨大怪物体。#旧製品版の敵を参照。
 第33話には搭乗型の機動兵器が登場。旧世代のエージェント・トラメが搭乗して栃木県矢板市の片岡駅上空に出現し、迎撃に出たE5+E6のグランクロスを受ける前に撤退した。その後第40話にも搭乗するほか、第41話・第45話には無人操縦型で灰色の量産タイプが多数登場する。
 レイルローダー、レイルローダー2
 第1話・第2話に登場。栃木県矢板市の片岡駅付近にあった踏切警報機などの鉄道資材が怪物体化した。本編開始以前にE6・E7の2体で捕獲され超進化研究所の格納庫で保管され、分解調査を始めたところで再起動・暴走した。格納庫に接する指令室を攻撃して指令室員をパニックに陥れるが、急遽E5に搭乗したハヤトによって倒された。
 第20話では強化されて再出現（「レイルローダー2」と命名）。栃木県那須塩原市黒磯付近に出現し、スザクがシャショットを操り一時E5を奪取されそうになる。救援に駆けつけたN700AによるE5破壊も検討されるがシャショットは正気を取り戻し、最後はE5とN700Aによって倒された。
 マッドフェリス
 第2話に登場。福島県郡山市にある廃遊園地の観覧車やメリーゴーランドなどのアトラクションが怪物体化した。観覧車からビームを放って攻撃する。
 フロストツリー、フロストツリーII
 第3話・第4話に登場。宮城県名取市の雪原が怪物体化した。吹雪を起こして相手を翻弄する戦法が得意。E5によって倒されたあと強化されとして再登場（「フロストツリーII」と命名）し、E6のフミキリキャノンによって倒された。
 アイアンスチーマー
 第5話・第6話に登場。石川県金沢市の博物館にあったD51形蒸気機関車9999号機が怪物体化した。突進攻撃や大砲による攻撃を得意としている。ボディは頑丈で剣や銃による攻撃は一切効かなかったが、E7のシャリンドリルによって倒された。
 第65話で再登場。E5はやぶさ MkIIとブラックシンカリオン 紅の同時攻撃で倒され、スカイハイ・ギガ・ブースターに変化した。
 スターストリーム
 第7話に登場。東京都品川区の大井車両基地付近の東京港近く海に棲息する海洋生物と人工物が融合して怪物体化した。体を手裏剣のように回転させて体当たりしたり、腕からビームを発射したり金属製の刃を高速振動させて攻撃するほか、体を切断されてもある程度の大きさがあれば分裂再生する能力を持つ。3体に分裂してE5・E6・E7それぞれと交戦した後、E5のグランクロスによって倒された。
 フュリアスフレイム
 第8話に登場。新潟県長岡市の火祭りの火が怪物体化した。全身が火に包まれた般若の面を付けた能楽師のような姿をしており、炎を放って攻撃する。炎は「黒い粒子」を燃料としていたため水では消火できなかったが、酸素を遮断することで弱体化し、初のリンク合体によるE5+E7によって倒された。
 マイティクラブ
 第9話に登場。岩手県花巻市の花巻温泉郷方面に出現した、カニの姿の巨大怪物体。アイアンスチーマー以上の硬さでE7のシャリンドリルも通用しなかったが、関節を攻撃する作戦により、E5+E6によって倒された。
 ワイルドボア
 第10話に登場。山形県米沢市の大沢駅付近の山中にいた野生のイノシシが怪物体化した。大型でパワーとスピードを兼ね備えている。狭軌区間のためとE7は出動できず、E6と山形新幹線区間用に開発されたE3の2機で対応される。E3の攻撃で一時離脱するがガトリング砲を装備して再出現、捕縛フィールドを破壊して米沢市街方面へと向かうが、水沼ダム付近に誘い込まれ、E3によって倒された。この話だけに登場した敵キャラクターだが、第1回人気投票では第7位になっている。
 プログレスクリーナー
 第11話に登場。廃棄されていたサイクロン式掃除機が怪物体化した。通常はスリープモードのままじっとしているが、攻撃を受けるとその攻撃をゴミと認識して起動し、吸引ホース状の腕から吸い込む。E6・E7の攻撃を吸い込んで無効化し撤退に追いやるが、E5のグランクロスを吸い込ませて巨大怪物体の内部にある「シャリンドリルの破片」を刺激して内部から破壊させる作戦によって倒された。
 ゲンブ
 第12話・第13話で初登場。エージェントのゲンブが自ら巨大怪物体化した姿。頑丈な装甲を持つ鎧武者のような姿で、その装甲と強力な怪力による格闘戦を得意とする。「シンカリオンと直接戦いたい」と強く願って東京駅丸の内口に出現し、E5・E6・E7・E3の4機を圧倒、E5のグランクロスを跳ね返して機能停止に追い込んだ。救援に現れたN700Aの攻撃を受けて一時は撤退するも再登場し、N700Aにより胸部装甲を割られたあと機の必殺技を連続して受けて倒された。
 第42話ではソウギョクにシンカリオンの強さを見せるために再戦し、各機の攻撃を一方的に受けて敗北。第44話ではソウギョクの策略により、自らの意思とは関係なくシンカリオンとの戦闘を余儀なくされ、自ら急所の胸の石を破壊されること望み、E5によって倒された。
 また、第58話には岐阜県関ケ原付近にビャッコ・トラメと共にドクター・イザにより生み出されたフェイク（幻影）として登場。ドクターイエローとN700Aの攻撃を受けて消滅した。
 PSYディーバ（サイ・ディーバ）
 第14話に登場。アイドルユニット「スーパー・スパイス」のお台場ライブ会場のステージに設置された女神型モニュメントが怪物体化した。魔法少女をそのままロボットにしたような外観で、手に持った魔法のステッキのような武器で攻撃をする。N700Aによって倒された。
 ロープスパイダー、ロープスパイダーII
 第15話・第16話に登場。セイリュウが持っていたクモと函館市郊外にある函館山ロープウェイのゴンドラが融合し怪物体化した。クモの下半身と人型の上半身を合わせたロボットのような外観で全高25m。ワイヤーをあたかも蜘蛛の巣のように展開して足場を作り、大宮支部からの救援到着前に捕縛フィールド破壊を試みるがH5により食い止められる。その後到着したE5・E6・E7を翻弄するが、H5によって倒された。その後冷凍用コンプレッサーを搭載して全高45mに大型化して再登場（「ロープスパイダーII」と命名）し、E7・E6を冷凍攻撃で戦闘不能に陥らせるが、E5とH5によって倒された。
 ビッグアイ
 第17話に登場。大阪道頓堀川上空に出現した怪物体。外観は岩石の様な球体で堅牢な装甲を持つ。本体内部には大阪の町工場で作られた高性能レンズが取り込まれており、対象を常時観測し脆弱な部分を集中的に突く戦術を執る。周囲には棒状のビットが6機随伴しており、本体のビーム砲とビットのビーム砲と体当たりを駆使したオールレンジ攻撃を行う。弱点のピンポイント攻撃やゲル状物質による攻撃でE5・E6・E7の行動不能にするが、E5のグランクロスによりビッグアイ自身も物理攻撃を無効化していたゲル状物質が硬化、救援のN700Aによって倒された。
 第66話で再登場。川越線内に現れた謎の新幹線から発せられた黒い粒子から突然姿を現すが、オーバークロス合体したE5 MkII オーバークロス E6によって倒された。
 スカイハイ・ギガ・ブースター
 第21話に登場。福岡県北九州市八幡東区にある遊園地「NEOスペースワールド」にあるロケットのモニュメントが怪物体化した。外観はロケットから変形した人型ロボットで、脚部がそのままロケットとなっている。空中を超音速で飛び回るため捕縛フィールドで捉えられず、また空中戦闘可能なシンカリオンも限られたため苦慮するが、最終的に800によって倒された。
 第65話で再登場。爆発したアイアンスチーマーから変化して出現して捕縛フィールドの外に逃げ出すが、E5 MkII オーバークロス ブラックシンカリオン 紅によって倒された。
 マントルイーター
 第21話・第22話に登場。桜島の溶岩が怪物体化した。外観は岩石が人型に固まったような姿で、胴体上部には火口の様な噴射坑が存在する。胴体中央部には単眼があり、シンカリオンに匹敵する大きさの両腕は射出することも可能。溶岩と一体化しているため全身が常時高温で、体内の熱エネルギーをレーザーのように周辺に照射することで超高温状態も作り出せる。桜島で捕縛フィールドに囚われるが耐熱温度を超える高温により脱出、地中を伝って移動し北九州市にある皿倉山に再出現した。最後はE5+800によって倒された。
 第35話でも再登場。地底世界を訪れた超進化研究所の研究チームを迎撃するに出現するが、合体に成功したトリニティーによって倒された。
 ノブナガスイグン
 第23話で登場。織田信長が九鬼水軍に命じて作らせた鉄甲船がモデル。堅固な船体に取り付けられた多数のレーザー砲で攻撃してくる。三重県伊勢志摩でに出現するが水中に展開できない捕縛フィールドの弱点を突き海中に逃走、対応に出撃したN700Aを煙に巻く。大阪港に再出現すると500が対応に出るものの苦戦を強いられるが、追いついたN700Aの援護の後、500によって倒された。
 デヴィリッシュ・セルラー
 第24話で登場。出水の依頼でアズサが「漆黒の新幹線」撮影した際に、スマートフォンに「黒い粒子」が付着し怪物体化した。体長は約20cmであり「極小怪物体」と呼称された。シンカリオンのデータを盗むべく超進化研究所に侵入するが、超進化研究所では存在を感知したものの従来どおりの巨大怪物体を想定した所員は怪物体を発見できずに困惑し、そんな中研究所のデータベースへのアクセスが検知される。過去の事件から今回もアズサが関係していると考えたハヤトはアズサに電話をかけ、着信音が指令室内で響いたことで極小怪物体が発見される。所員総出の大捕物の末、最後はアズサへの電話を連続して送り続けることで動作が鈍ったところを捕獲される。
 なお、この一件は出水が「黒い粒子」を収集するために計画された作戦であり、盗まれたシンカリオンのデータもダミーであった。この時のスマートフォンは研究所内で保管されたが、キリンとの最終決戦において枯渇した「黒い粒子」を増殖させる際に役立てられる。
 インベイジョンプラント
 第28話に登場。愛知県中京工業地域沿岸部にある工場が怪物体化した。3体が同時に出現し、クロス合体を行ったE5×500のカイサツトライデントを破壊するなど追い詰めるが、最後は逃げたように見せかけたE5×500を追って一直線上に並んだところを超グランクロスによって倒された。
 マリーンハンター
 第29話に登場。静岡県熱海の海にいたシャチが怪物体化した。2体が同時に出現しており、射撃を主とした連携攻撃を得意としている。シャチやイルカがコミュニケーションで超音波を用いて音声通信を遮断してシンカリオンの連携を封じる、マリーンハンター本体は海中に逃げて奇襲を狙ったが、アキタがモニター越しに母・モミジの言葉を読唇術で読み取って場所を特定、最後はE5×500によって倒された。
 マオウノブナガ
 第30話で登場。スザクが織田信長の魂を、遺品とされる焼け兜に吹き込んだことで巨大怪物体化した。俊敏な動きで翻弄するが、アズサの真剣白刃取りという言葉にヒントを得たハヤトとホクトが同時に閃き、最後はE5×500によって倒された。
 第37話では鶯谷駅付近に再登場。ビャッコが鎧兜を巨大怪物体化させ、所持する武器と色の異なる3体が出現。E6・E7・E3が応戦し、1体はE7、残りの2体はE6+E3によって倒された。
 キングシトエル
 『新世紀エヴァンゲリオン』とコラボレーションした第31話で登場。熱海駅付近に出現。外観は原典に登場した使徒達の集合体で、能力も原典に則したものとなっている。A.T.フィールドを展開していたためE5では全く歯が立たなかったが、500 TYPE EVAのカイサツトライデントによりA.T.フィールドを破壊され、最後はE5によって倒された。
 ガイスト・パンツァー
 第32話に登場。長野県長野市の豊野駅付近に出現。外観は車体全体に多数のビーム砲を配している巨大な多砲塔戦車。表面の装甲は光学迷彩であり目視での視認は一切不可能であるばかりか、赤外線なども遮断するなど高度なステルス機能もあるためレーダーやE6の「ナマハゲスコープ」による探知も不可能。出現当初は指令室に視認されていたが、捕縛フィールドに囚われると姿を消して一方的な攻撃でシンカリオンを一時撤退に追い込んだ。再戦では神経を研ぎ澄ましたE6に位置を特定され、シンカリオンの新装備「超進化タイタンパー」を用いた攻撃によって倒された。
 ギガントブリッジ
 第34話に登場。兵庫県と徳島県を結ぶ大鳴門橋が怪物体化した。外観はトラス橋が人型に変形した巨大ロボットで、腕部には巨大なハンマーを装備している。全長340mもあり、驚異の大きさを誇る。内部に進入した700シリーズ各機の攻撃によって倒された。
 第67話で再登場。上越新幹線に出現した謎の新幹線から発する黒い粒子から突然出現した。全長350m（公式サイトでは「450m」）と巨大化しているが、オーバークロス合体したE5 MkII オーバークロス E7によって倒された。
 ビャッコ
 第38話から登場。エージェントのビャッコが自ら巨大怪物体化した姿。プレートアーマーを装着した騎士のような外見で蛇腹剣を装備。初出撃のドクターイエローと互角に戦って地底世界へと誘い、地底世界ではゾラと連携をとって攻撃するがE5の前に屈し、乱入したトラメとともにE5のグランクロスによって撤退した。
 第58話には岐阜県関ケ原付近にゲンブ・トラメと共にドクター・イザにより生み出されたフェイク（幻影）として登場。
 トラメ
 第49話から登場。旧世代のエージェントのトラメが自ら巨大怪物体化した姿。恐竜スティラコサウルスに酷似した外見をしており3本の尾あるのが特徴。E6・E7・E3の3機を圧倒するほどのパワーを誇るが、ブラックシンカリオンに抑え込まれたところをE3によって撃破されるが、影武者であったことが明かし再戦を宣言する。再戦時は背中に蛇の頭が5つ生えた状態で現れるが、それぞれをE6・E7・E3・H5・ドクターイエローに破壊され、本体はE5×ドクターイエローによって倒された。
 第58話には岐阜県関ケ原付近にゲンブ・ビャッコと共にドクター・イザにより生み出されたフェイク（幻影）として登場。
 また第62話では、復活したトラメ自身がキリンとの最終決戦に際して再び怪物体化して相生駅付近に出現した。
 スザク
 第59話に登場。エージェントのスザクが自ら巨大怪物体化した姿。京都市左京区の五山送り火の「大文字」で知られる如意ヶ嶽で怪物体化した。鳥のような顔貌で、全身は人魚のような体型をしている。凄まじい炎でシンカリオンの接近を許さなかったが、これはウルトラグランクロスで倒されるための布石であり、纏う炎自体も自身を焼き尽くしてしまうほど強力なものであった。地底世界に自分の居場所がなくなったため自殺を意図したものであったが、セイリュウに説得され思いとどまった。
 カイレン（影武者）
 第60話・第61話に登場。旧世代のエージェントのカイレンが自ら巨大怪物体化した姿に見せかけた影武者。腕が4本あり、赤いマントを羽織った魔王のような姿をしている。E5×500の超グランクロスによって撃破されるが、その際にE5はリミッターを解除したことでシャショットの機能を停止してしまう。
 カイレン（本体）
 第63話・第64話に登場。旧世代のエージェントのカイレンが自ら巨大怪物体化し、さらにシャショット機能を利用して変化した姿。「マリオネット」のような姿をしており、本体の周囲に楔形の物体を10個浮遊させ、これを自在に操って様々な攻撃や防御を行う。9機のシンカリオンを翻弄するが、駆け付けたE5 MkIIにより形勢を逆転され、最後はE5 MkIIとブラックシンカリオン 紅によって倒された。
 ソウギョク
 第62話に登場。旧世代のエージェントのソウギョクが自ら巨大怪物体化した姿を模した機動兵器。郡山駅付近に出現。中世に存在した槍騎兵のような姿で、薙刀に似た武器を携えている。紅色の刃から赤いエネルギー流を放ち、その一撃で捕縛フィールドに大ダメージを与えるほどのパワーを持っている。ゲンブの石化の真相を知った大宮支部の怒涛の攻撃を耐え切れず、最後はブラックシンカリオン 紅によって倒された。この巨大怪物体はソウギョク本人が巨大怪物体化したものと思われていたが機動兵器であり、ソウギョク本人は倒される寸前で脱出していたことを第69話に再登場した際に説明している。

クレアツルス 
旧世代のエージェントらが呼び出す地底世界に住まう生物達。環境の異なる地上で活動するため体内に黒い球体を取り込んでおり、球体が破壊されると地底世界へと強制送還される。

 サラマンダー・ゾラ
 第36話から登場。巨大怪物体化したビャッコとともに行動している。
 ヒュージタートル
 第43話に登場。巨大な亀のような外観をしている。シンカリオンの攻撃を受け付けない防御力を誇るが、ゲンブの「腹部の球体を狙え」というアドバイスを受けたE5+E7によって倒された。
 テレストリアル・サラマンダー
 第46話から登場。ゲンブの石化により激昂したセイリュウと、怒りの矛先となったハヤトを一騎討ちさせるため、ソウギョクが東日本と西日本に1体ずつ囮として差し向けた。東日本側はE6・E7・E3・H5によって、西日本側は800・トリニティーによってそれぞれ倒された。
 ホリッドブロッサム
 第48話に登場。全長およそ60m。中生代の被子植物のような外観をしている。急所である球体は体内に内包されているうえ、武器や装甲を溶かす強酸性の粘液攻撃によってE3の右腕とフミキリシュリケンの損傷により一時戦列を離れる（修理完了まではE3つばさ アイアンウイングが使用される）など苦戦を強いられるが、救援に現れたブラックシンカリオンの特攻で球体が剥き出しなり、最後はE5によって倒された。
 ディノウイング
 第52話に登場。全長およそ38m。プテラノドンのような外観をしている。2体が同時に出現し、それぞれが尾にS極とN極の磁極を持つ。連携によって超高電圧を放電してフィールドそのものを支配してシンカリオンの動きを止め、さらに最高速度を誇ったE5+800をも上回る速度を誇ったが、救援に現れたブラックシンカリオンの攻撃でS極とN極が反転してダメージが跳ね返り、同時に露出した球体をブラックシンカリオンとE5+800にそれぞれ破壊され倒された。
 トラキュレントシャーク
 第53話に登場。鮫のような姿で、頭部や鱗に鋭いワイヤーを武装している。ワイヤーの針には金属を腐食させるアンモニア系の毒が含まれており、さらに水中に身を潜めることで居場所が特定できずに優位となるが、救援に現れたアンモニア毒に耐性のあるブラックシンカリオンによってワイヤーを捕まれ、最後はE5によって倒された。
 マスタートリロバイト
 第54話に登場。三葉虫に似た姿をしている。背部に3つのコアがあり、撃破にはこれらを同時に破壊する必要がある。当初はE5・ブラックシンカリオン・ドクターイエローの3機で同時攻撃を試みるが、初共闘のセイリュウとリュウジのタイミングが合わず失敗。ハヤトの要請で（当初リュウジが搭乗に反対していた）タツミが出撃すると、リュウジとタツミの連携により倒された。
 マキシマムドラゴン
 第55話に登場。ドラゴンのような姿をしている。見た目からは想像できない機動力を誇り、口から冷気のようなものを吐き出す。そのスピードでシンカリオン各機を圧倒するが、救援に現れた「紅」に変化したブラックシンカリオンのスピードはそれを上回り、最後はブラックシンカリオン 紅によって倒された。
 サウザンドファング
 第56話に登場。カイレン直属で桜島の河口付近に徘徊しており、知能が高く常に群れで行動する。セイリュウが「一番厄介」と称する強力なクレアツルス。桜島から地底世界を目指したE5・800・ブラックシンカリオンと交戦し、独断行動した800を火口付近まで追い込むが再度「紅」に変化したブラックシンカリオンによって救い出され、なおも800を追って飛び掛るが攻撃を避けられ、最後は群れごとマグマの海に落ちて自滅した。

テレビアニメ第2期の敵

敵側のメカニック（第2期） 
 ダークシンカリオン / 闇の新幹線
 #ダークシンカリオンを参照。

巨大怪物体（第2期） 
シンが好むUMAや妖怪などに似た容姿の巨大怪物体も多く、それにちなんだコードネームが名づけられることも多い。ソウギョク登場後は第1期に登場した巨大怪物体・クレアツルスの再登場も見られる。

 ねぎだるま
 第1話に登場。だるまをイメージさせる見た目。軽井沢に出現し、E5によって倒された。
 ねぎましだるま
 第2話に登場。外見はねぎだるまの腕にねぎが増えた姿。同じく軽井沢に出現し、Z合体に成功したE5ヤマノテによって倒された。
 ブラックドッグ
 第3話に登場。ブラックドッグをイメージさせる見た目。大釜に出現し、E6ネックスによって倒された。
 やっぱりゴルゴン
 第4話・第31話に登場。ゴルゴーンをイメージさせる見た目。第4話では大釜に出現し、E6ネックスによって倒された。第31話ではアストレアが生み出した幻影として出現。
 オニメタル
 第5話に登場。鬼をイメージさせる見た目。長野に出現し、E5ヤマノテによって倒された。
 絶対ウンガイキョウ
 第6話・第31話に登場。雲外鏡をイメージさせる見た目。第6話では長野に出現し、E7アズサによって倒された。第31話ではアストレアが生み出した幻影として出現。
 ワダツミ
 第7話・第20話に登場。天狗をイメージさせる見た目。テオティのワダツミが自ら巨大怪物体化した姿。第7話で横川支部に潜入し地格納庫でE5ヤマノテによって倒されたあと、第20話で大宮支部にも潜入し地下格納庫でE5ヤマノテによって倒され、赤い結晶に包まれて活動を停止した。
 第37話ではヴァルトムが亡骸に干渉し暴走させ、シン曰く「落ち武者の亡霊」の状態で上野公園周辺に出現。帰還したアブトがダークシンカリオンで初出撃し、最後はダークシンカリオンが変化した「ダークシンカリオンアブソリュート」が撃破した。
 オンボノヤスかも
 第8話・第31話に登場。オンボノヤスをイメージさせる見た目。第8話で田端に出現し、E5によって倒された。第31話ではアストレアが生み出した幻影として出現。
 グリフォン
 第8話・第9話・第10話に登場。グリフォンをイメージさせる見た目。第8話終盤に太宰府に1体が出現し、第9話冒頭で800によって倒された。第10話では同様の形態が4体と、大きな翼を持つ形態1体の計5体が同時に出現した。大きな翼の個体は800によって倒されたが、この時800はソニックとZ合体したE5から「ソニックボウガン」のみ借り受けた形で戦った。
 ヤタガラス
 第9話に登場。八咫烏をイメージさせる見た目。太宰府に出現し、800ソニックによって倒された。
 サウザンドファング
 第11話に登場。金城ふ頭に出現した怪物体。クレアツルスの一種。4体が出現するが初陣となったN700Sに3体が返り討ちにされ、最後の1体はE6ネックスによって倒された。
 ヒュージタートル
 第12話に登場。犬山に出現した怪物体。クレアツルスの一種。E6によって倒された。
 マキシマムドラゴン
 第12話に登場。クレアツルスの一種。ヒュージタートルがダメージを受けた際に出現。2名搭乗で出撃したN700Sによって倒された。
 マオウノブナガ
 第13話に登場。関ヶ原に出現した怪物体。第1期にも登場した巨大怪物体。N700Sヒダによって倒された。
 名称不明（コードネームなし）
 第17話・第18話に登場。比叡山に出現し、500によって倒された。
 ソウギョク
 第16話・第18話・第28話に登場。ソウギョクが自ら巨大怪物体化した姿。第16話ではソウギョクの妄想の中で「シンカリオン ハローキティ」のPVをオマージュするエピソード内のみで登場。テオティに協力した後、第18話で巌流島でのシンとギンガの戦いに乱入するが、500によって倒された。第28話では竜飛崎周辺に出現し、初陣のH5によって倒された。
 名称不明（コードネームなし）
 第19話に登場。嵯峨嵐山駅に出現し、500オオサカカンジョウによって倒された。
 鬼エヴァ
 『新世紀エヴァンゲリオン』とコラボレーションした第21話に登場。ヴァルトムが太秦映画村に設置された初号機が怪物体化したものだが、ヴァルトムは力を制御できなかった。京都支部で怪物体として一度は検知されるが消失し、翌日の日中に再出現。500 TYPE EVAによって倒されるが暴走し、最後はZ合体した500ミュースカイ TYPE EVAによって倒された。なお、復活・暴走後の後の姿は「初号機のビーストモード」をイメージしている。
 ホリッドブロッサム
 第22話に登場。クレアツルスの一種。上野に発見された地下空間で出現し、初陣のドクターイエローによって倒された。
 オオボケジジイ
 第25話に登場。子泣き爺をイメージさせる見た目。大歩危に出現し、伊予西条支部の手助けを受けたE6によって倒された。
 カッパはカッパです
 第26話に登場。カッパ淵の河童の石像が巨大怪物体化した。水中での戦闘に苦戦するが、メーテルの助言で電気を利用した戦法でE7によって倒された。
 ヴァルトム
 第27話に登場。テオティのヴァルトムが自ら巨大怪物体化した姿。関ヶ原鍾乳洞近くに出現した。大蝦蟇をイメージさせる見た目。名古屋支部で超Z合体のテスト中であったシンとシマカゼが対応。切り落とされた右腕も変化した2体目も出現するが、最後はE5ヤマノテとドクターイエローの連携によって倒された。
 ヴァルドル
 第32話に登場。#ゲストメカニック（劇場版）を参照。
 キリン
 第33話に登場。キトラルザスのキリンが巨大怪物体化した姿。アストレアによって変化させられシンカリオンZと対峙、最後はE5ヤマノテによって倒された。
 カンナギ
 第38話・第39話・第40話に登場。禁じられたコード「敗者必滅」を使用したテオティのカンナギが自ら巨大怪物体化した姿。富士樹海に出現し、圧倒的な力を見せる。シンカリオンZ全機の連携攻撃で劣勢に傾くが、折りしもヴァルトムの暗躍で復活したアラバキの巨大な腕によって引き込まれる。一時はアラバキに取り込まれるが、ヴァルトムから王家の力を取り戻して解き放たれるものの、トレランティアを暴発させてしまう。ダークシンカリオンアブソリュートとの戦いで正気に戻るが、「敗者必滅」の副反応で暴走しアブトを追い詰めるが、バフラムとカマルスが抑えている隙にアブトによって再度救われる。
 
 第38話・第39話・第40話・第41話に登場。古代地球の破壊神で、その強大な力は星をも砕くとされる。アラバキの出現によってテオティの文明は破壊され、12個に分割されてブラックストーンによって各地に封印されていた。封印されてもなお天変地異を引き起こしたため、テオティは宇宙への脱出を余儀なくされる。なお、塩分に触れると結晶化する性質があり、この性質を利用してブラックストーンで封印されていた。
 ヴァルトムらが地球に帰還のために利用しようと考えており、名前自体は物語序盤から登場していた。第38話で全てのブラックストーンが破壊され、各部位が富士山地下の本体に集まって第40話で完全復活した。富士山頂に鎮座して地球のエネルギーを吸収していたが、塩分に弱い性質を利用して地表から引き剥がされ、ダブルZ合体したシンカリオンZ2機によって倒される。

用語 

 新幹線超進化研究所
 シンカリオンの開発・運用と、巨大怪物体の研究を行っている特務機関。略称はS.U.E.I.（Shinkansen Ultra Evolution Institute）。表向きは「新幹線に関する最先端技術の研究を行う組織」（用語集からの引用）とされており、シンカリオンに関係する一切の情報は一般には伏せられている。
 東京駅丸の内駅前広場の大深度地下に総合指令部を置き、北海道函館市の新函館北斗駅の地下に北海道支部、埼玉県大宮市の鉄道博物館の地下に大宮支部、群馬県安中市松井田町横川の碓氷峠鉄道文化むらの地下に横川支部、愛知県名古屋市のリニア・鉄道館の地下に名古屋支部、京都府京都市の京都鉄道博物館の地下に京都支部、福岡県北九州市門司区の九州鉄道記念館の地下に門司支部が置かれているほか、新幹線の路線が通らない四国の愛媛県西条市の四国鉄道文化館には伊予西条支部が置かれている。また、作中に直接登場はしなかったが海外の支部の存在も示唆されている。
 当初は名前のとおり「超進化速度」を研究する組織として発足したが、ファーストエネミーの出現によりシンカリオンの研究開発に舵を切った。初期の主要メンバーは所長の八代イサブロウ、清洲チクマ、出水シンペイ、速杉ホクト、三島ヒビキ、小田原キントキ。また、比較的早い時期に島ゴイチ、碓氷トコナミも参加しており、開発の段階でキトラルザスのキリンも参加した。「第1回超進化速度到達実験」の事故で八代イサブロウが行方不明、清洲チクマが死亡する。
 超進化速度
 シンカリオンがシンカリオンモードに変形するために必要な速度。速杉ホクトが大学時代に書いた「リニアを超える次世代の移動手段」の論文を元に、超進化研究所の研究によって実用化された。正確な数値は不明だが最低でも時速1100キロメートルを超え、テレビアニメ作中では時速1225キロメートルが表示されている。
 テレビアニメ第2期では超進化速度を超える「第2超進化速度」の研究も行われている。
 ShinCa
 超進化研究所の職員に支給されるパス。外見は大宮支部ではSuica、名古屋支部ではTOICAなど実際にその地域で使用される乗車カードを模しているが、一般の乗車カードに比して厚みがある。各支部所在地の鉄道施設への入館、および施設内の超進化研究所エリアへの出入りに必要であり、運転士の場合はシンカリオンの起動にも必要。また、リンク合体などの特殊合体時には合体相手に応じた専用ShinCaが必要である（E5の場合はシャショットから排出される）ほか、N700Aなど特殊モードが搭載されているシンカリオンの場合はモードチェンジ時の専用ShinCaも存在する。エージェント側にも同様の「ブラックShinCa」が存在している。
 第2期ではトコナミが設計しアブトが開発したモバイル端末Zギアにインストールされた「モバイルShinCa」となっている。
 適合率
 運転士がシンカリオンの能力をどれだけ引き出せるかを表した数値。数値は一定ではなく戦闘中の運転士の状態などによって変化し、適合率によって使用可能になったり状態が変化する武装も存在する。大人より子どものほうが高い数値を出す傾向があり、一定以上の数値がないと動かすことすらできない。未だ解明されていない部分も多い。
 鉄分
 高い適合率を示す運転士に共通して見られる要素。超進化研究所の分析によって脈拍や心拍数などに一定の傾向が見られることが判明し、最初の適合者であるハヤトの鉄道好きにあやかってヒビキが「鉄分」と命名した。
 捕縛フィールド
 主に巨大怪物体を拘束するための特殊空間。人工衛星から射出される光線によって展開され、外界と遮断されるため巨大怪物体自体やシンカリオンとの戦闘による周囲への被害を抑えることが可能。フィールド内部は円形のステージと高低差のある外周レールが敷設されており、熱源調整機能や熱源調整・空気圧確保・監視カメラなども備えられている。外壁には光学迷彩機能が備わっており一般人が外部から内部を見ることはできないが、目の構造がヒトとは異なるキトラルザスは内部を覗き見ることができる。フィールド中央の最上部には穴があり、飛行能力がある巨大怪物体やシンカリオンは通過可能。
 シンカリオンは新幹線軌道から分岐する超硬質金属製の特殊軌道「光のレール」に転線して、超進化速度まで加速しつつ捕縛フィールドへ突入しモードシンカリオンへと変形する。捕縛フィールドは無制限の維持は不可能で一度消失すると再展開にはある程度の時間を要し、複数展開する場合は全てを全出力で展開することは不可能。また、高速で移動する相手に対しては照準が合わないため捕縛できず、水中には展開できないといった欠点も存在する。
 なお、外界から遮断されるという特徴からシンカリオンを退避させるシェルターとしての運用も可能。
 グランクロス
 主にE5はやぶさが使用する必殺技のビーム攻撃。類似したものは単機で使用可能なものにブラックシンカリオンの「デスグランクロス」、E5はやぶさ MkIIの「デュアルグランクロス」などが挙げられ、トリニティーが使用する「トリニティーストライク」もこれに類した必殺技である。リンク合体・クロス合体・オーバークロス合体時には合体相手に応じて、E5×ドクターイエローの「ウルトラグランクロス」、E5 MkII オーバークロス E6の「オオマガリグランクロス」など名称が変化するほか、テレビアニメでは「オオマガリグランクロス」は赤で縁取られた黄色になるなど色が変化する演出も見られる。
 第2期のシンカリオンZ E5はやぶさにも必殺技「Zグランクロス」がある。また、ダークシンカリオンは必殺技「ダークグランクロス」およびデビルモードでの「デビルグランクロス」、ダークシンカリオンが超進化したダークシンカリオンアブソリュートの「アブソリュートグランクロス」がある。

テレビアニメ第1期の用語 
 超進化マスコン シンカギア
 声 - じんぼぼんじ
 シンカリオンのマスコン型コントローラー。ShinCaをタッチしてレバーを引くことで新幹線形態のシンカリオンが発進し、運転士がシンカギアを腕に装着してレバーを引き下げると超進化速度まで加速し、さらにShinCaをスロットに挿入するとロボット形態に変形する。また、リンク合体などの特殊合体時やモードチェンジ時には専用ShinCaを追加で挿入する。発進・変形・合体・モードチェンジには音声アナウンスが流れる。
 漆黒の新幹線（ブラックシンカリオン）や謎の新幹線（ブラックシンカリオン オーガ）にも同等の『ブラックシンカギア』が設置されている。ブラックシンカリオンの各動作の音声アナウンスはシンカリオンのものより禍々しいものとなっているが、ブラックシンカリオン 紅に変化するとシンカリオンと同様の音声アナウンスに変化する。
 シンカリオン・シム
 シンカリオンの運転士としての適合率を計るシミュレータ。一見ゲームのように見えるアプリケーションでスマートフォンやタブレット端末にインストールできるほか、アーケードゲームとしても稼働している。一般共用されており、このスコアを元に運転士の発掘も行われる。
 シンカ・アプリ
 超進化研究所職員や運転士が持つスマホやタブレット端末にインストールされているアプリ。
 第1回超進化速度到達実験
 本編の8年前に行われた試作機「シンカリオン E2」を使用した開発試験。超進化速度への到達を目的としたものであったが、事故の発生によってE2は消滅。E2に搭乗していた開発責任者の八代イサブロウが行方不明となり、巻き込まれた主任研究員の清洲チクマが死亡。
 リンク合体
 #リンク合体
 クロス合体
 #クロス合体機構を持つシンカリオン
 トリニティー合体
 #トリニティー合体機構を持つシンカリオン
 オーバークロス合体
 #オーバークロス合体機構を持つシンカリオン
 ウェポントレイン
 シンカリオンの支援用に開発された貨物列車「超進化電動貨物」と、シンカリオン専用の武器として開発された「ウェポンコンテナ」を併せた総称。テレビアニメ本編に登場したウェポンコンテナには、タイタンパーを進化させた白兵戦用武器「超進化タイタンパー」が存在する。また作中では、超進化電動貨物は電源コンテナを牽引する用途でも用いられた。
 東京駅・中央迎撃システム
 東京駅に備えられた戦闘空間を展開するシステム。超進化研究所総合指令部の置かれる東京駅での戦闘といった緊急時を想定したもので、捕縛フィールドと運用の目的は近いが、地域一体の構造を組み替えるシステムである。そのため東京駅および丸の内エリア一帯を封鎖が避けられず、発動には総合指令部の許可が必要なほか、一般への影響も考慮する必要がある。
 黒い粒子 / ルクスヴェテ / ナノマシン
 漆黒の新幹線や黒い貨物列車が振りまく謎の物質。正体はキトラルザスが使用する「ルクスヴェテ」と呼ばれる物質で、キトラルザスが生息する地底世界を支える力を持つ。巨大怪物体出現時に観測されて、超進化研究所では「ナノマシン」と名付けて付着した物質を変化さ独自の進化を促すと推測した。
 その作用には解明されていない部分も多く、物質の転送や創造・変質、石化したキトラルザスのコア（赤い宝石）の修復など様々な効果を発揮する。また、使用者が互いに協力することにより増幅することが研究によって判明している。

テレビアニメ第2期の用語 
 超進化モバイル Zギア
 声 - じんぼぼんじ
 碓氷トコナミ（ザガン）が思念波で送った設計図を元にアブトが開発した運転士用のスマートフォン型デバイスで、ShinCaが「モバイルShinCa」としてインストールされている。ZギアのモバイルShinCaをシンカリオンZ運転席の読み取り機にかざすと、新幹線形態のシンカリオンZが発進し、画面のZキーをタップすることで変形・Z合体（後述）が行われる。シンカギアと同様に発進・変形・合体・モードチェンジには音声アナウンスが流れる。なお、スマットはシンの持つZギアが変形した姿である。
 シンカリゲッター
 Zギアにインストールされたアプリ。Zギアと同様にトコナミが開発したもので、日本全国のJR各駅を通過することで自動的にチェックインされるシステム。ネットワークを通じて全ての運転士の履歴が連動している。全駅を制覇すると「TRAVEIN」が閉塞解除され「ダブルZ合体」に必要なZコードが表示される。
 
 ザイライナーを運用するためのQRコードに似たコード。ZコードをZギアに読み込ませることで、搭乗したシンカリオンZとZコードに対応したザイライナーの合体（Z合体）が可能となる。トコナミがシンカリオンZやザイライナーとともに開発したものであり、アストレアに帰還を強要されたため、日本各地のブラックストーンの近くに密かに隠した。
 Z合体
 #Z合体とザイライナー
 黒い結晶体 / クサビ石 / ブラックストーン
 地下空間に存在する石版状の結晶体。シンカリオンZよりはるかに大きく、黒い結晶体に橙色の幾何学模様が浮かび上がる。超進化研究所では「ブラックストーン」、テオティは「クサビ石」と呼称している。作中では竜飛崎・秋田・盛岡・遠野・長野・横川・上野・富士樹海・犬山・関ヶ原・比叡山・大歩危・大宰府の13箇所で確認されている。
 古代地球においてテオティの先祖がアラバキを封じるために利用したもので、新幹線の路線沿い（≒旧街道沿い）の大深度地下空間に存在している。地球の奪還を目指すテオティの一派は、人類排除にアラバキを利用するために破壊を企てている。アラバキを利用しようとする一派に対し難色を示しつつ、カンナギも幾つかアブトに破壊させた。超進化研究所では地軸と連動しているとの分析もあり、周囲の地下水や川が枯渇するとの報告があり、最悪の場合は地球規模に影響が及ぶ可能性も推測されている。なお、物語終盤で組成に塩分が含まれていることが判明する。
 アラバキ
 #アラバキ
 超進化電導ケーブル
 トコナミが鉄道総研の超電導き電ケーブルの技術を応用し、超進化電力の送電専用に開発した特殊ケーブル。彼が超進化研究所に戻ると開発はストップしてしまうが、未完成ながらも十分実用に耐え得るレベルのケーブルとして残されており、トコナミの設計図どおりにアブトが作ったものの「シンカリオンZ N700Sのぞみ」と「ザイライナー HC85ヒダ」のZ合体テストはケーブルが原因で失敗したが、この超進化電導ケーブルを使用したことにより後日成功した。
 また、ユゴスピアでトコナミ自身もこのケーブルを完成させており、テオティの民が提供したエネルギーを電力に変換しチーム・シンカリオンの協力で超進化電力が存在しないユゴスピアでのE5のZ合体を成功させダークシンカリオン撃破に貢献した。
 デアボル
 宇宙に現れる生物。テオティの本拠地ユゴスピアを時折襲うモンスターで、ムカデ状の形状が多数確認されている。
 ヴァルトムがブラックストーンの破壊に使った。
 トレランティア
 テオティの持つ負の感情で怒りや憎しみ、悲しみに似ているとトコナミは説明した。感情が高まると爆発的なエネルギーが発揮されるが、暴走して制御できなくなる危険性も持っている。
 誰でも知っているわけではなく、初めて聞く言葉にカンナギがトレランティアとは何かをトコナミに問いただした。
 ユゴスピア
 テオティの本拠地で、小惑星に偽装した超巨大宇宙船。シンはその見た目をブラックナイト衛星に例えた。テオティの民が暮らす街、畑や水路が備わっているほか、宮殿やダークシンカリオンの発着する宇宙駅と複数のプラットホームも備えられている。
 桜島実験線
 かつてキトラルザスの本拠地があった桜島の地下に設置された超進化研究所の研究施設。超進化速度を超える「第2超進化速度」の研究が行われており、列車を宇宙に打ち上げるための「超進化マスドライバー」が設置されている。
 超進化マスドライバー
 桜島実験線で秘密裏に開発されていた施設で、第2超進化速度（時速40300キロメートル = 第2宇宙速度に相当）に到達させることでシンカリオンをユゴスピアへ送り込むために用いられた。桜島の外周地下に設けられた軌道を50周回して第2超進化速度に到達させたのち、打ち上げ用の軌道に転線の後、山頂付近から宇宙空間へ向けて射出される。第2超進化速度に到達するためには超進化銀河鉄道に改修されたヴァルドルとの連結が必須だが、ヴァルドルが牽引できる重量の関係で宇宙空間に一度に運搬できるシンカリオンもしくはザイライナーは1編成のみで、しかもヴァルドルに残留している光の粒子を用いる関係上、合計で2回しか運搬できない。
 移動艇
 テオティの球体の乗り物。偵察任務で地球に降下したトコナミやアブトを救うための助けを求める使者としてトコナミに送られたセツラ、逆恨みの復讐に暴走したカンナギ、改心し超進化研究所と和解したカンナギによりアラバキ討伐作戦に参加すべく地球に召集されたテオティの戦士たちが搭乗した。
 
 物語終盤に登場した究極のZ合体形態で、1体のシンカリオンZが複数のザイライナーと合体するZ合体の進化形。Zギアの「シンカリゲッター」で閉塞解除された特別なZコードを使用し、日本中のエネルギーを鉄脈を通してシンカリオンZに届けることで合体が可能となる。作中においては以下の2体が登場した。
 シンカリオンダブルZ E5 - E5はやぶさを中心としたダブルZ合体。右腕にE235ヤマノテ、左腕にE353アズサ、右脚に883ソニック、左脚にE259ネックスが合体し、背面には800つばめの翼が装着される。運転士はシンに加え、ハナビ・タイジュ・ヤマカサが搭乗する。武器はヤマノテエキスカリバーに加え、左肩にネックスキャノンを備え、ソニックパンタグラフボウガンなど合体に関わるシンカリオンZの武器も使用可能。
 ダークシンカリオンダブルZ - ダークシンカリオンアブソリュートを中心としたダブルZ合体。右腕にHC85ヒダ、左腕に323オオサカカンジョウ、両脚に261ホクトが合体する。運転士はアブトに加え、ナガラ・ギンガ・メーテルが搭乗する。武器はヒダハイブリッドナギナタなど、合体に関わるシンカリオンZの武器も使用可能。

テレビアニメの概要

第1期の概要 
『新幹線変形ロボ シンカリオン THE ANIMATION』（しんかんせんへんけいロボ シンカリオン ジ・アニメーション）のタイトルで2018年1月6日から2019年6月29日までTBS系列『アニメサタデー630』第2部で全76話が放送された。

スタッフ（第1期） 
 原案 - プロジェクトシンカリオン
 協力 - 北海道旅客鉄道、東日本旅客鉄道、東海旅客鉄道、西日本旅客鉄道、九州旅客鉄道、ジェイアール東海エージェンシー、ジェイアール西日本商事、Google Inc、鉄道博物館
 総監督 - 池添隆博
 監督 - 池添隆博(第1話 - 第64話) → 板井寛樹(第65話 -)
 副監督 - 山岸大悟（第53話 - 第64話）
 助監督 - 山岸大悟(第1話 - 第52話) → 板井寛貴（第53話 - 第64話）→ 加藤大貴(第65話 -)
 シリーズ構成 - 下山健人
 キャラクターデザイン・プロップデザイン・OP&ED作画監督・ED総作画監督 - あおのゆか
 プロップデザイン - 永作友克
 メカニックデザイン・シンカリオンモデリング・モデリングディレクター - 服部恵大
 世界観デザイン - コレサワシゲユキ・灯夢
 CGディレクター - 安田兼盛
 色彩設計 - 村田恵理子
 美術監督 - 古賀徹
 撮影監督 - 村上展之
 編集 - 沖田秀樹
 音響監督 - 三間雅文
 音楽 - 渡辺俊幸
 シンカリオン変形音アレンジ - 大間々昂
 音楽制作 - フェイスミュージック
 エグゼクティブプロデューサー - 源生哲雄→平野隆、弓矢政法、島村優子→江藤寛之、横山拓也、沢辺伸政
 プロデューサー - 那須田淳、渡辺信也、鈴木寿広、根岸智也→針原剛、新井孝介→小嶋慶也→岡野千恵、岡本順哉
 アニメーションプロデューサー - 山野井創、太田昌二、山口達也→三浦俊一郎
 アニメーション制作 - OLM
 アニメーション制作協力 - 亜細亜堂（第1話 - 第52話・第53話以降はOPアニメ制作協力）→SynergySP（第53話 - ）
 CGアニメーション制作・オフライン編集・公式サイトデザイン - SMDE
 制作 - 小学館集英社プロダクション
 制作著作 - 超進化研究所、TBS

主題歌（第1期） 
 オープニングテーマ
 「進化理論」（第2 - 63・65 - 75話）
 作詞 - 藤林聖子 / 作曲 - Coffee Creamers / 編曲 - Soma Genda / 歌 - BOYS AND MEN（Virgin Music）
 第57話では短縮版。第1話と第64話ではEDとして使用され、第76話ではEDの後に続けて流された。第48話では挿入歌として使用。その他、戦闘時や必殺技発動時にも挿入歌としても使用。
 エンディングテーマ
 「Go One Step Ahead」（第2 - 25・76話）
 作詞・作曲・歌 - 村上佳佑 / 編曲 - シライシ紗トリ（EMI Records Japan）
 第76話ではフルサイズ。第18・22・28・43・45話では挿入歌として使用。
 「I WANNA BE WITH YOU」（第26 - 38話）
 作詞・作曲・歌 - TETSUYA（EMI Records Japan） / 編曲 - Jun Suyama、TETSUYA
 第76話では挿入歌として使用。第37話では必殺技発動時の挿入歌として使用。
 「Go Way!」（第39 - 51話）
 作詞 - すぅ / 作曲 - すぅ・クボナオキ / 編曲 - クボナオキ / 歌 - SILENT SIREN（EMI Records Japan）
 第76話では挿入歌として使用。
 「STARTRAiN」（第52 - 63話）
 作詞・作曲 - Saku・天月-あまつき-/ 編曲 - Saku / 歌 - 天月-あまつき-（USM JAPAN）
 第59・61・64話・74話では挿入歌として使用。
 「スタートライン」（第65 - 75話）
 作詞・作曲・歌 - ベリーグッドマン（ユニバーサルJ） / 編曲 - HiDEX
 遅れネット局およびDVD版などでは第69話の挿入歌として使用（後述）。
 挿入歌
 「チェンジ！シンカリオン」（第13・14・17・23・24・35・53・54・75話）
 作詞・作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 山寺宏一
 元々は玩具版のテーマソングとして制作されたもの。山寺が声を担当するスバルが指揮を執る際の挿入歌として使用されるほか、一部の必殺技発動時にも挿入歌としても使用。一部話数ではインストゥルメンタルバージョン。
 「残酷な天使のテーゼ」（第17・31話）
 作詞 - 及川眠子 / 作曲 - 佐藤英敏 / 編曲 - 大森俊之 / 歌 - 高橋洋子
 「DECISIVE BATTLE」（第17・31話）
 「Both of You、Dance Like You Want to Win!」（第31話）
 「ASUKA STRIKES!」（第31話）
 「The Day Tokyo-3 Stood Still」（第31話）
 作曲 - 鷺巣詩郎
 上記5曲は第31話でコラボレーションが行われた『新世紀エヴァンゲリオン』の楽曲群。いずれも地上波放送版のみ使用され、配信版では別の挿入歌に差し替えられている。DVD版には配信版のみが収録されたが、Blu-ray版では切り替えが可能になっている。
 「クリスマス・イブ」（第49・50話）
 作詞・作曲・編曲・歌 - 山下達郎
 JR東海がかつて制作したCM（「クリスマス・エクスプレス」等）の再現シーンのBGMとして登場。ABSを除く地上波放送版のみ使用され、それ以外ではインストゥルメンタル版に差し替えられている。
 「SOMEDAY」（第58話）
 作詞・作曲・編曲 - 佐野元春 / ストリングスアレンジ - 大村雅朗 / 歌 - 佐野元春
 JR東海がかつて制作したCM（「ファイト！エクスプレス '89」）の再現シーンのBGMとして登場。地上波放送版のみ使用され、配信版ではBGMは流れず台詞のみ。
 「鉄道唱歌/東海道篇」（第62話）
 作詞 - 大和田建樹 / 作曲 - 多梅稚・上真行
 アズサが撮った動画の中で登場人物たちが歌唱する。配信版でもそのまま収録されている。
 「Progress」（第69話）
 作詞・作曲：スガシカオ / 編曲：武部聡志・小倉博和 / 歌 - kōkua
 アズサが作成した「プロフェッショナル 仕事の流儀」を模した動画の中でBGMとして使用。遅れネット局およびDVD版などではED曲の「スタートライン」に差し替えられている。

各話リスト（第1期） 
サブタイトルは『○○!!××』に統一している（第21話と第65話は例外）。

この他、第19話までの内容を編集した総集編『団らん!!速杉家とシンカリオン』が配信限定で公開されている。

放送局（第1期）

日本国外での放送（第1期） 
時間帯は全て現地時間。
 香港
 2018年11月22日から2019年8月15日まで無綫電視翡翠台にて、『』のタイトルで毎週木曜、金曜の17時20分-17時50分に放送。広東語 & 日本語二ヶ国語放送、繁体字字幕あり。
 台湾
 2019年3月31日から2020年9月13日まで東森幼幼台にて、『』のタイトルで毎週日曜日、10時30分に放送。

DVD・Blu-ray（第1期） 

この作品を収録したDVD版が2018年12月21日以降、Blu-ray版が2019年1月30日以降順次発売。発売元はNBCユニバーサル・エンターテイメントジャパン。

DVD

DVD BOX

Blu-ray BOX

第2期の概要 
『新幹線変形ロボ シンカリオンZ』（しんかんせんへんけいロボ シンカリオンゼット）のタイトルで、2021年4月9日から2022年3月18日までテレビ東京系列ほかにて放送された。第1期から数年後が舞台となり、新たな登場人物たちを中心とする物語が展開される。

スタッフ（第2期） 
 原案 - ジェイアール東日本企画、小学館集英社プロダクション、タカラトミー
 協力 - 北海道旅客鉄道、東日本旅客鉄道、東海旅客鉄道、西日本旅客鉄道、九州旅客鉄道、ジェイアール東海エージェンシー、ジェイアール西日本商事、JR九州エージェンシー
 設定協力 - 碓氷峠鉄道文化むら、デンソーウェーブ、鉄道博物館（第7話 - ）
 総監督  - 池添隆博
 監督 - 山口健太郎（第1話 - 第21話）→池添隆博（第22話 - ）
 総監督補佐 - 大畑晃一（第1話 - 第21話）
 CG演出 - 大畑晃一
 監督補佐 - 山口健太郎（第22話 - ）
 副監督 - 牧俊治
 シリーズ構成 - 池添隆博、赤星政尚（第1話 - 第12話）
 キャラクターデザイン - あおのゆか
 メカニックデザイン - 服部恵大
 プロップデザイン - 長森佳容、五月麻帆、野間千賀子
 美術監督 - 古賀徹
 色彩設計 - 近藤直登
 撮影監督 - 堀野大輔
 世界観設定 - デジタルノイズ、コレサワシゲユキ、灯夢、小高みちる、唯一
 CGディレクター - 安田兼盛
 CGアニメーションプロデューサー - 城戸由貴子
 編集 - 後田良樹
 音響監督 - 三間雅文
 音楽 - 住友紀人、渡辺俊幸
 音楽プロデューサー - 大隈啓良、染谷理沙
 CGアニメーション制作・3DCG・音楽制作 - SMDE
 スーパーバイザー - 横山拓也
 Coプロデューサー - 長谷川友紀（第1話 - 第28話）→藤井大希（第29話 - ）、中島直人、森正、岡野千恵、岡本順哉
 チーフプロデューサー - 鈴木寿広、丸茂礼
 プロデューサー - 紅谷佳和、伊藤渉太、針原剛（第1話 - 第28話）→長谷川友紀（第29話 - ）
 制作プロデューサー - 山野井創
 アニメーションプロデューサー - 阿部勇
 アニメーション制作 - OLM Team Abe
 制作統括 - 小学館集英社プロダクション
 製作 - テレビ東京、超進化研究所Z

主題歌（第2期） 
 オープニングテーマ
 「ニューチャレンジャー」（第1話 - 第41話）
 作詞・作曲 - Hayato Yamamoto・Kanata Okajima / 編曲-Hayato Yamamoto / 歌 - BOYS AND MEN（Virgin Music）
 第1話ではEDとして使用。第13話・第20話では挿入歌としても使用。
 エンディングテーマ
 「キズナ・レール」（第2 - 12話）
 作詞 - 児玉雨子 / 作曲・編曲 - ミフメイ（BNSI） / 歌 - 森中花咲 meets ▽▲TRiNITY▲▽
 「駆け上がるボルテージ」（第13 - 21話）
 作詞・作曲 - つんく♂ / 編曲 - 大久保薫 / 歌 - 浦島坂田船
 「ターミナル〜僕ら、あるべき場所〜」（第22 - 32話）
 作詞 - 川田まみ / 作曲・編曲 - fu_mou / 歌 - Luce Twinkle Wink☆
 第30話では挿入歌としても使用。
 「Fastest!」（第33話 - 第41話）
 作詞・歌 - KOTOKO / 作曲・編曲 - 齋藤真也
 挿入歌
 「未来Cool☆Express」（第19話）
 作詞 - 石橋大助 / 作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 嵐山ギンガ（CV:蒼井翔太）
 劇中のミニライブでギンガが歌った。
 「津軽海峡・冬景色」（第20話・第28話）
 作詞 - 阿久悠 / 作曲・編曲 - 三木たかし / 歌 - 石川さゆり
 第20話ではEDのあとに使用。
 「残酷な天使のテーゼ」（第21話）
 作詞 - 及川眠子 / 作曲 - 佐藤英敏 / 編曲 - 大森俊之 / 歌 - 高橋洋子
 「チェンジ！シンカリオン ハナビver」（第25話）
 作詞・作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 大曲ハナビ（CV:寺崎裕香）
 戦闘中にハナビが歌った。
 「世界の車窓から」（第30話）
 作曲：溝口肇
 「Joy to the World」（第31話）
 アレンジ&編曲：中原裕章
 「銀河鉄道999」（第34話）
 作詞 - 奈良橋陽子・山川啓介 / 作曲 - タケカワユキヒデ / 歌 - ゴダイゴ
 超進化銀河鉄道として改修されたヴァルドルの発進シーンで使用。
 「ガッタンゴットンGO!」（第37話）
 作詞・作曲 - Kanata Okajima、Hayato Yamamoto / 編曲 - Hayato Yamamoto / 歌 - BOYS AND MEN（Universal Music）
 「進化理論」（第41話）
 作詞 - 藤林聖子 / 作曲 - Coffee Creamers / 編曲 - Soma Genda / 歌 - BOYS AND MEN（Universal Music）

各話リスト（第2期） 

この他、第15話までの内容を編集した総集編『スペシャル総集編！やりすぎ!?シンカリオンZ都市伝説ファイル』が配信限定で公開されている。

放送局（第2期）

日本国外での放送（第2期） 
時間帯は全て現地時間。
 香港
 2021年10月23日から2022年4月2日まで無綫電視翡翠台にて、『』のタイトルで毎週土曜の17時00分-17時30分に放送（第1話から第21話まで）。広東語 & 日本語二ヶ国語放送、繁体字字幕あり。
 2022年6月4日から2022年10月15日まで無綫電視翡翠台にて、『』のタイトルで毎週土曜の17時00分-17時30分に放送（第22話から第41話まで）。広東語 & 日本語二ヶ国語放送、繁体字字幕あり。
 台湾
 2022年2月27日から2022年12月11日まで東森幼幼台にて、『』のタイトルで毎週日曜日、10時00分に放送。

DVD・Blu-ray（第2期） 
2021年9月29日以降順次発売。発売元はNBCユニバーサル・エンターテイメントジャパン。

DVD BOX

Blu-ray BOX

劇場アニメ 
テレビアニメ第1期の劇場アニメ『劇場版 新幹線変形ロボ シンカリオン 未来からきた神速のALFA-X』（げきじょうばん しんかんせんへんけいロボ シンカリオン みらいからきたしんそくのアルファエックス）が2019年12月27日に全国公開。DVDとBlu-rayが2020年6月26日に発売されている。興行収入は3億1900万円。

地上波ではこの劇場版の宣伝を兼ねてTOKYO MXで2019年7月7日 - 2020年12月20日の毎週日曜 10:30 - 11:00に第1期テレビアニメ全話が放送され、2021年1月3日には劇場版もTOKYO MXで初放送された。

登場人物（劇場版） 
劇場版オリジナルのキャラクターのみ記述する。

 少年ホクト
 声 - 釘宮理恵
 雪のゴジラとの交戦で行方不明になったホクトと入れ替わりに現れた少年で、過去からやってきた9歳の速杉ホクト本人。ハヤトと同様に鉄道や新幹線好きだが、中学受験を控えて塾通いをする中で趣味に対して負い目を感じている。一人称「自分」や語尾「○○と思われ」「○○なわけで」といった特徴がハルカと似ている。シンカリオン ALFA-Xの運転士適合率が高いことが確認され、運転士に抜擢される。

 ナハネ
 声 - 伊藤健太郎
 宇宙から襲来した敵「ヴァルハラン」のリーダー。ソウギョクが発した通信を受けてヴァルドルの力で地球を我が物にしようと企て、ヴァルドルを完全体にするためにALFA-Xを付け狙う。

 オハネフ
 声 - 吉田鋼太郎
 ヴァルハランの一人で、ナハネの側近。ルクスヴェテの対となる、時間と空間を操作する力を持つ「光の粒子」を操る。

ゲストメカニック（劇場版） 
 シンカリオン ALFA-X
 #シンカリオン ALFA-Xを参照。
 ヴァルドル
 「光の列車」から変形するロボットで、ヴァルハランが開発した「光の機械神」。未完成のため、完成には未来の技術が必要とされ、そのため、「光の粒子」の力で未来から呼び寄せた「シンカリオン ALFA-X」を吸収した。それにより完全体となって、東京駅へと侵攻し、中央迎撃システムに誘導され、シンカリオン各機を圧倒するが、ブラックシンカリオンオーガ オーバークロス ブラックシンカリオン 紅の攻撃によりALFA-Xを奪還され、最後は、雪のゴジラの攻撃とE5 MkII オーバークロス ALFA-Xの「アルティメットグランクロス」によって倒された。
 その後は、「光の列車」で時空間を越えて彷徨っていたが、テレビアニメ第2期第32話で謎の信号を発した状態でニヤマ高原スキー場付近で落下した。ヴァルトムによって暴走させられ、H5などとの戦闘に突入するが、ソウギョクの助言により信号がキトラルザスの「SOS」だと知ったメーテルとH5ホクトによって鎮静化された。その後、桜島地下の超進化研究所の施設でキントキやレイらによって「超進化銀河鉄道」として改修が行われ、メーテルの運転でE5とE235ヤマノテをユゴスピアへ送り届けた。

スタッフ（劇場版） 
 原案 - プロジェクトシンカリオン
 監督 - 池添隆博
 脚本 - 下山健人
 キャラクターデザイン - あおのゆか
 メカニックデザイン - 服部恵大
 音楽 - 渡辺俊幸
 音響監督 - 三間雅文
 アニメーション制作 - OLM
 アニメーション制作協力 - SynergySP
 CGアニメーション制作 - SMDE
 制作 - 小学館集英社プロダクション
 製作 - 超進化研究所
 配給 - 東宝映像事業部

主題歌（劇場版） 
 「ガッタンゴットンGO!」
 作詞・作曲 - Kanata Okajima、Hayato Yamamoto / 編曲 - Hayato Yamamoto / 歌 - BOYS AND MEN（Virgin Music）

挿入歌（劇場版） 
 ゴジラのテーマ（ゴジラvsメカゴジラ）
 作曲 - 伊福部昭
 Choo Choo TRAIN
 作詞 - 佐藤ありす / 作曲 - 中西圭三 / 編曲 - 岩崎文紀 / 歌 - ZOO（フォーライフミュージックエンタテイメント）
 チェンジ！シンカリオン ミクver
 作詞・作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 発音ミク / vocal arrange - Mitchie M
 残酷な天使のテーゼ
 作詞 - 及川眠子 / 作曲 - 佐藤英敏 / 編曲 - 大森俊之 / 歌 - 高橋洋子
 チェンジ！シンカリオン
 作詞・作曲・編曲 - 井上裕治 / 歌 - 山寺宏一
 進化理論
 作詞 - 藤林聖子 / 作曲 - Coffee Creamers / 編曲 - Soma Genda / 歌 - BOYS AND MEN

漫画 
『てれびくん』2015年11月号から2018年1月号までコミカライズ連載した。当初は玩具版をベースにする形であったが、アニメ版の放送開始を受けて、2017年12月号よりアニメ版をベースにする形にリニューアルした。その後、劇場版の制作を受けて、2019年8月号より劇場版のストーリーをベースにする形でコミカライズ連載を再開した（全5話）。また、『別冊コロコロコミックSpecial』2018年4月号 より『新幹線変形ロボ シンカリオン 超変形ギャグ外伝』のタイトルで同年8月号まで連載された。

アーケードゲーム 

 『新幹線変形ロボ シンカリオン カードがもらえる! 超シンカバトル』
 2018年3月下旬より順次稼動開始したトレーディングカードアーケードゲーム。発売元はタカラトミーアーツ。

 『おもちゃがあたる!ロボカバトル』
 タカラトミーアーツ販売。本作と『トミカ絆合体 アースグランナー 』『トランスフォーマー』の3作品を題材としたアーケードカードゲーム。2020年4月より稼働。コアグランナートミカとの連動遊びも可能。

ゲーム作品への登場 
 『エイリアンのたまご』（パオン・ディーピー）
 2018年7月27日から2018年8月26日までシンカリオン限定ガチャや限定ミッションを実施。
 『共闘ことばRPG コトダマン』（セガゲームス）
 2018年12月6日から2019年1月9日まで。「E5はやぶさ」をはじめとして（各運転士も含む）、敵側エージェント（ゲンブ、ビャッコ、スザク、セイリュウ）も登場する。
 劇場版の公開を記念して2019年1月24日から1月31日まで復刻第二弾が開催され、第一弾で登場したE5系 はやぶさをはじめとするコラボキャラ全10体が上方修正された。
 『スーパーロボット大戦X-Ω』（バンダイナムコエンターテインメント）
 2019年7月1日から7月8日までの期間限定イベントにて、速杉ハヤトとシンカリオン E5はやぶさMk II、シャショット、セイリュウとブラックシンカリオン 紅が参戦。本作と同じく列車及び新幹線のロボットが登場する『勇者特急マイトガイン』『勇者エクスカイザー』とのコラボレーションが描かれた。
 『スーパーロボット大戦30』（バンダイナムコエンターテインメント）
 2022年4月20日配信のダウンロードコンテンツにて速杉ハヤト、速杉ホクト、シャショット、シンカリオン E5はやぶさMk II、シンカリオン E5 MkII × ALFA-Xが参戦。

ショップ 
テレビアニメと連動した店舗であるシンカリオンストアを期間限定で全国各地に出店していた。

関連項目 
 カンセンジャー - 西日本旅客鉄道（JR西日本）の地方機関である新幹線管理本部（現在の新幹線鉄道事業本部）が製作した、山陽新幹線の公式キャラクター。
 新幹線トレインジャー - 東日本旅客鉄道（JR東日本）盛岡支社のイメージキャラクターで、東北・秋田新幹線をモチーフにしたヒーロー。

脚注

注釈

出典

外部リンク
 シンカリオン｜プラレール｜タカラトミー
 シンカリオンZ｜プラレール｜タカラトミー
 新幹線変形ロボ シンカリオンＺ - 公式総合サイト
 新幹線変形ロボ シンカリオン THE ANIMATION
 劇場版 新幹線変形ロボ シンカリオン 未来からきた神速のALFA-X - 単独映画公式サイト
 シンカリオンオフィシャルファンクラブ　超進化研究所特別支部　
 超進化研究所購買部｜ShoPro mall - 公式ショップ
 おもちゃがあたる！ロボカバトル｜タカラトミーアーツ
 新幹線変形ロボ シンカリオン｜TBSテレビ - TBSテレビによるテレビアニメ第1期番組サイト
 新幹線変形ロボ シンカリオンＺ テレビ東京 - テレビ東京によるテレビアニメ第2期番組サイト
 
 

鉄道玩具

プラレール
2010年代の玩具