中央本線
中央線と中央本線
本路線は「中央線」と「中央本線」の2通りの名称で呼ばれている。国土交通省などの公文書や鉄道要覧では中央線の名称が使用されることが多いが、JR各社を始めとする民間では、両方の名称が混用されている。
一方、本路線の東京近郊を走る通勤形電車（各駅停車、快速電車）についてはそれぞれ中央・総武線（あるいは総武線）、中央線と呼ばれ、中央本線とは呼ばれていない。ただし、これは路線の名称ではなく列車の名称として用いられているもので、特急形車両や近郊形車両については同じ区間を走っていても、中央本線と呼ばれることがある。実例として、高尾駅・八王子駅・新宿駅では、普通列車および特急列車を中央本線、快速電車を中央線と明確に区別している。
この複雑な使い分けは、歴史的な経緯によるものである。国鉄時代の線路名称公告では、中央本線（本路線）とその支線（五日市線など）を指す総称として「中央線（中央線の部）」の名称が使用されていた。また、東京近郊を走る通勤形電車（国電）も「中央線」と呼ばれていた。しかし、国鉄分割民営化の際に策定された「日本国有鉄道の事業等の引継ぎ並びに権利及び義務の承継等に関する基本計画」において、本路線の名称が「中央線」とされたため、従来は中央本線と呼ばれていた本路線に対しても、公文書を中心にこの名称が使われるようになったのである。
東線と西線
中央本線は、同じ区間を結ぶ東海道本線と比較して山間部を走る路線であり、勾配もきつく距離も長いため、全線を通しての通過輸送はほとんどない。1964年の東海道新幹線開業前は東海道本線のバイパスとしても利用されていたが、東海道新幹線開業後そのような機能はなくなった。しかし、東京と山梨県・長野県中南部（中信・南信）、あるいは名古屋・京阪神と長野県を結ぶ重要な輸送ルートになっている。
こうした性格は、中央本線の輸送形態にも現れている。松本駅に連絡する篠ノ井線との連絡駅であり、JR東日本とJR東海の境界駅でもある塩尻駅を境に東京駅 - 塩尻駅を中央東線（ちゅうおうとうせん）、塩尻駅 - 名古屋駅間を中央西線（ちゅうおうさいせん）と呼び、区別することがある。
中央東線と中央西線では、1982年5月17日の塩尻駅位置移転以降、どちらの線の列車も、大半が塩尻駅から篠ノ井線松本方面に直通しており、両線を直通する旅客列車は基本的にはない。ただし、貨物列車や団体臨時列車などの一部の列車は旧塩尻駅構内敷地（いわゆる塩尻大門。塩尻駅構内扱い）の両線直通用の単線線路（連絡線）を通り、塩尻駅のホームを経由せず塩尻駅自体を通過する形で両線を直通している。また、後述の臨時急行列車「たてしな」、臨時特急列車「あずさ木曽」・「木曽あずさ」・「諏訪しなの」は塩尻駅で旅客乗降を扱うため、4番線ホームに停車後、折り返して運転した。なお、中央西線区間については、国鉄時代から、列車番号の付け方と駅構内の場内・出発信号機に記されている「上下」の標示を路線本来の上り・下りの方向とは逆とし、名古屋から塩尻へ至る方向（距離標の数字が小さくなる方向）を下りとして列車番号には奇数を付け、信号機には「下」と標示している。
支線
元来、岡谷駅から塩尻駅までの間は塩尻峠から大城山にかけての山地を避け、辰野駅を経由する約28 kmの迂回ルートで開通したが、1983年（昭和58年）7月に全長約6 kmの塩嶺トンネルを抜けるみどり湖駅経由の短絡線が開通し、同駅間が約12 kmに短縮されたことで、大幅な時間短縮が実現した。どちらの線区も中央本線に属し、旧来の区間（辰野駅経由）は支線となっている。
この支線は「辰野支線」または「辰野線」、あるいはみどり湖駅・塩嶺トンネル経由を「新線」と呼ぶのに対して「旧線」などと呼ばれる。また、この路線を伊藤大八という代議士が誘致したという話から大八廻りとも呼ばれた。
飯田線の大半の列車がこの支線のうち岡谷駅 - 辰野駅間に乗り入れている（「運行形態」の節を参照）。
東京駅 - 高尾駅間
起点の東京駅を北に出発し、神田で山手線などと分かれて一路西へと向かい、武蔵野台地の東端の谷にある御茶ノ水駅で総武本線支線と合流。ここから複々線に入る。新宿駅までは山手線の内側を横断する形でS字型に路線が敷かれており、神田川や江戸城旧外堀などに沿って都心を走る。四ツ谷駅付近で地下鉄丸ノ内線をくぐり、トンネルを抜ける。代々木駅付近まで首都高速4号新宿線と並行する。特急のほとんどが発着する新宿駅でまた北向きになり、山手線をくぐって西に曲がって、東中野駅付近から立川駅付近まで線路はほぼ東西に直線となる。このあたりまでは、「ヨドバシカメラ」の歌にも織り込まれている。沿線は中野・杉並など東京のベッドタウンである。複々線は用地は直線だがホームに付帯する曲線がある。三鷹駅で複々線は終わり、多摩地区に入ると高い建物が減り、各駅の前後を除いてほぼ完全な直線区間となる。2010年11月7日に立川駅まで上下線の高架化が完了した。立川駅で南西に曲がって多摩川を渡り、日野駅から登り勾配にかかって多摩川と浅川の間の日野台地を切通しで越えると八王子盆地に入る。八王子駅の西側からは上り急勾配が始まる。
甲府駅 - 塩尻駅間
甲府駅を過ぎると路線は竜王駅付近までは比較的平坦だがその後は次第に急勾配で北上し、韮崎駅からは八ヶ岳の尾根筋（七里岩）を上り、八ヶ岳の麓の高原地帯である小淵沢駅を過ぎると長野県に入る。この周辺区間では白樺林が絶景であり、標高も900mを越えて夏でも比較的涼しい高原地帯である。
富士見駅からは下りに入り、飯田線からの直通列車が折り返す東限の茅野駅から特急停車駅が並ぶ。単線区間に入って諏訪湖沿いを走りつつ、日本のスイスとも呼ばれる諏訪市や岡谷市を抜ける。甲州街道はここ諏訪地方までで、ここから西は、北の高原を佐久から回り込んできた中山道と合流する。ただし、国道20号は中山道に合流して塩尻市まで進む。一方、中央自動車道は岡谷から西側は飯田線と並行して飯田を経由し恵那山トンネルを抜けて中津川に至る。
塩嶺トンネルや辰野周りの旧線で松本盆地に入り、旧駅跡と名古屋方へつながる電留線を左手に、塩尻駅で「東線」と「西線」が背向する。東京方面から東線を走ってきた定期列車はここから篠ノ井線を松本方面に向かい、逆に西線を木曽福島・中津川・名古屋方面に向かう定期列車が松本方面から直通してくる。なお塩尻駅の乗り場案内は、ラインカラー青が中央東線に、橙が中央西線に当てられている。
塩尻駅 - 中津川駅間
塩尻駅を出ると国道19号沿いに路線は南下し、鳥居峠を越えると深い木曽谷に入り、木曽川の渓谷に沿って渓谷美が楽しめる。単線も残り、旧線のままで制限速度が厳しい場所もある。森林鉄道のあった上松を通りすぎると、名勝「寝覚の床」があり、すぐ上を通るポイントでは、ダイヤに余裕があれば「（ワイドビュー）しなの」も速度を落としてゆっくり見せてくれる。田立駅 - 坂下駅間で岐阜県に入り、険しい山々が開けて中津川に着く。さらに、中津川から先は中央自動車道とも並行して走る。
中津川駅 - 名古屋駅間
岐阜県に入り木曽川と分かれると、線形が良くなり、徐々に沿線も宅地化が進んでくる。盆地や台地を頻繁に上り下りし、庄内川の上流、土岐川が並行するようになる。多治見駅を過ぎ、玉野渓谷に入り、愛岐トンネルを抜けると愛知県に入り、愛知環状鉄道と接続する高蔵寺駅を過ぎると完全に濃尾平野内の名古屋都市圏に差し掛かる。次の神領駅には車両基地（神領車両区）があり、春日井駅を過ぎたあたりから、次第に都会の喧噪に引き戻される。なお高蔵寺駅 - 勝川駅間は、瀬戸市と稲沢を結ぶ瀬戸線（一部は現在の愛知環状鉄道線と東海交通事業城北線として開業）が並走する計画だったため、線路の脇に線増できるよう土地が確保してあったが、現在は大半が民間に払い下げられ住宅が建ち並んでいる。庄内川と矢田川を越え、日本唯一のガイドウェイバスの起点がある大曽根駅を過ぎる。なお当駅を経由しナゴヤドームへ向かう人も多いため、ここから名古屋駅までの区間は野球の試合などのイベントにかかる時間帯は非常に混雑する。また大曽根駅 - 名古屋駅間の各駅で名古屋市営地下鉄の各線と接続するため相互間の利用も終日にわたって多い。そのため、快速以下はすべて各駅に停車する。金山駅で東海道本線と合流、そのまま名鉄名古屋本線を挟んで並走しながら程なくして両者の下をくぐり、南西から来る関西本線と合流すると、当線の終点である名古屋駅に到着する。
運行形態
車両形式・系列は特記なければ電車。
広域輸送
中央本線として全線を通して運行する列車は臨時列車のみである。「中央東・西線直通列車」の節を参照。
地域輸送
本節では、「JR東日本管内」と「JR東海管内」の区間毎の輸送形態を記述する。
東京駅 - 高尾駅 （大月駅） 間
東京都市圏輸送区間であり、通勤電車が1時間に20本以上の高頻度で運転されている。御茶ノ水駅 - 三鷹駅間は複々線であり、緩急分離運転が行われている。線路は「緩行線」「急行線」と呼ばれ、緩行線を各駅停車の電車（中央・総武緩行線、旅客案内上は「中央・総武線各駅停車」）が、急行線を快速電車（中央線快速電車）が走行する。
各駅停車は、御茶ノ水駅から総武本線の緩行線に乗り入れ、千葉駅まで相互直通運転を行う。また早朝夜間には複線区間の立川駅まで運転されている。中野駅 - 三鷹駅間では、東京メトロ東西線との相互直通運転も実施されている。
快速電車は、東京駅から高尾駅までが旧来からの運転区間であるが、都市圏の拡大により大月駅まで運転する本数が増えた。さらに一部は、大月駅から富士急行大月線・河口湖線に乗り入れ、河口湖駅まで直通運転を行っている。一方で、立川駅から青梅線拝島駅・青梅駅（・奥多摩駅（上り列車とホリデー快速おくたまのみ）方面、拝島駅から五日市線武蔵五日市駅方面、八高線高麗川駅方面へも直通運転を行っている。
支線区間（辰野支線）
支線区間では辰野駅で運行系統がほとんど分断されており、全区間通して運転される定期列車はわずかしか設定されていないが、地元住民には必要な生活の足となっている。
岡谷駅 - 辰野駅間を走る列車の大半は飯田線に直通する。この区間はJR東日本の管轄であるが、飯田線はJR東海の管轄のため、飯田線直通列車は辰野駅で乗務員交代が行われる。一部は岡谷駅から茅野駅や上諏訪駅まで直通する。みどり湖駅を経由して松本駅・長野駅に直通する列車もある（飯田線直通列車には、小野駅経由の松本方面発着列車はない）。また、一部列車ではJR東海の313系によるワンマン運転が行われる。1時間に1本程度の運転である。
辰野駅 - 塩尻駅間は、中央本線の中では優等列車も含めた運転本数が最も少ない区間であり、普通列車が1 - 2時間に1本程度運転されるのみである。地元では「辰野線」と呼称され、この区間外から乗り入れる列車（主に篠ノ井線直通列車）は「小野経由」と案内されることが多い（前述の通り、塩尻駅から岡谷駅経由で辰野駅に至る列車もある）。ほとんどの列車がこの区間のみの折り返し運転となっているが、朝夕を中心に松本駅や岡谷駅まで直通する列車が設定されており、岡谷駅から、松本駅より先の大糸線信濃大町駅まで直通する列車も、朝方に1本設定されている。
なお、辰野駅以遠（宮木方面）と塩尻駅以遠（広丘または洗馬方面）の相互発着となる普通乗車券・回数乗車券は選択乗車が可能であり、小野駅経由の乗車券でも川岸駅・みどり湖駅経由で乗車することが出来る（逆も可能。ただしいずれの場合も券面表示区間以外での途中下車は不可）。
塩尻駅 - 中津川駅間
塩尻駅から中津川駅までの間は、普通列車の運転本数は少なく、日中は2時間に1本程度の運転、中津川駅 - 南木曽駅間は区間列車も合わせて1時間あたり1本程度の運転である。基本的に313系2両編成によるワンマン列車で、1往復を除いて篠ノ井線松本駅まで乗り入れている。なおワンマン運転区間は中央本線の区間のみで塩尻駅 - 松本駅間は車掌が乗務する。またJR東日本長野総合車両センター所属の211系3000番台も運用に入り、こちらの場合は全区間車掌が乗務する。一部には松本駅 - 木曽福島駅・上松駅間および中津川駅 - 坂下駅・南木曽駅間の区間運転列車（南木曽・坂下発で朝の一部は名古屋行きの直通もある）も設定されている。朝には中津川駅より南の神領駅から松本駅まで運転される列車もある。全列車が運転区間内の全駅に停車する。
運用される313系は1999年の投入当初はセミクロスシート仕様の3000番台だったが、2011年から転換クロスシート仕様の1300番台に置き換えられている。
中津川駅 - 名古屋駅間
中津川駅から名古屋駅までは、名古屋圏の通勤路線として快速のほか、「ホームライナー」が運転されている。
名古屋駅には昼間1時間あたり快速3本・普通5本が発着するが、高蔵寺駅・多治見駅・瑞浪駅で折り返す列車が多く、名古屋駅 - 中津川駅間の直通は昼間時間帯で快速列車が2本（多治見駅 - 中津川駅間で各駅停車）となる。朝には上りのみ坂下駅・南木曽駅から直通運転される快速列車もある。
この区間では座席指定制の「セントラルライナー」も毎時1本運転されていたが、2013年3月16日のダイヤ改正で廃止された。
2005年の愛知万博の開催時には、名古屋駅から高蔵寺駅経由で愛知環状鉄道線万博八草駅（現在の八草駅）まで直通する「エキスポシャトル」が運行された。
貨物輸送
貨物列車の運行系統は、関東地方から南松本方面と、稲沢駅から南松本方面の2つに分かれている。定期貨物列車は、東線国立駅 - 塩尻駅間、西線塩尻駅 - 名古屋駅間である。2009年3月改正までは、辰野支線塩尻駅 - 辰野駅間でも貨物列車が運行されていた。
コンテナ輸送も行われており、寒冷地の山梨県・長野県へは石油（灯油・重油・ガソリンなど）の輸送が盛んである。石油は、京葉地区や京浜地区、中京地区にある製油所から内陸の油槽所へ送られている。輸送の高速化のために、タキ1000形貨車で編成された高速貨物列車も設定されている。なお、中京地区からの石油輸送が行われている背景には、タンクローリーが中央自動車道の恵那山トンネルを通れない（延長5000m超のため、危険物積載車両通行禁止）という事情もある。
また、春日井にある製紙工場の製品を輸送する、コンテナ車を連結する専用貨物列車も稲沢駅 - 春日井駅間に設定されている。かつてはワム80000形有蓋車の運用も設定されていたが、2012年3月の有蓋車全廃に伴って廃止された。
中央線の定期貨物列車が発着する駅は、八王子駅・竜王駅・多治見駅・春日井駅である。
使用車両
団体専用列車用車両（ジョイフルトレイン）はのぞく。キハとあるのは気動車、客車などの車種が記されていないものはすべて電車である。
東京の複々線区間
輸送力の増強を計る目的で当初万世橋駅 - 中野駅の複々線化計画が存在しており、関東大震災後に利用度が更に増加したため、復興計画の一環として御茶ノ水駅 - 中野駅で複々線が建設され、1933年に完成した。また、一部時間帯に急行電車（現在の快速電車）を運行させた。また、この計画と同時に総武本線両国駅 - 御茶ノ水駅間についても高架鉄道として建設され、この結果、東京始発のものを一部の時間帯は急行電車として運転することとなり、各駅に停車する列車は一部の時間帯は総武本線に乗り入れることとなった。
第二次世界大戦後、俗に言う「通勤五方面作戦」で中野駅以西の輸送力の増強を計ることになり、1966年に中野駅 - 荻窪駅間の複々線化が完成し、中央緩行線電車と営団地下鉄東西線乗り入れの列車がこの区間に運行されている。1969年には複々線区間が三鷹駅まで延長された。
1999年3月より三鷹駅 - 立川駅間の連続立体交差化に着手している。これは、既存の複線の路線を主に高架にすることで道路との立体交差を実現し、踏切の解消を目的としているので、この工事が完成しても複々線とはならない。本来は高架敷地捻出のために設置した仮線部分が複々線用地であったが、用地取得を行っている1980年代に国民の環境意識が大きく変化し、日照権や騒音問題に関する環境基準が著しく厳しくなった。このため、高架を建設する際には一定幅の緩衝帯を設置しなければならなくなり、中央線高架の完成後も、仮線跡は側道や緑地帯に転用される見通しである。三鷹駅 - 国分寺駅間が2009年12月、国分寺駅 - 立川駅間が2010年11月に完成した。
大八廻り
元々は、現在支線となっている辰野駅経由の別称「大八廻り」の方が本線だった。この部分については次のような話がある。
中央本線の敷設時、諏訪付近から名古屋までの路線を木曾谷を通すか伊那谷を通すかで論争となり、結局木曾谷側が勝ってこちらに線路を敷くことになった。しかし、これで納得しなかった伊那谷出身の代議士で鉄道局長の伊藤大八が、下諏訪から塩尻峠をトンネルで抜けて塩尻へ向かう案を撤回させて、伊那谷の入口である辰野を経由させるようにした。そのため、この辰野を通るための迂回部分は、伊藤大八の名前を取って「大八廻り」とも呼ばれることとなった。
ただし、当時の技術力では塩尻峠を貫く長いトンネルを掘れなかったので、塩尻峠を避けるために天竜川や横川川に沿って迂回させただけであるという説もある。実際、この区間にトンネルを開削すると約6kmの長さになり（1983年に開通した塩嶺トンネルは5,994m）、当時長さ日本一だった同線の笹子トンネル（長さ4,656m）を凌ぐものになる上、糸魚川静岡構造線を跨ぐことから地盤も悪く難工事になる。
東京駅 - 高尾駅間
ここでは駅名と主要な駅（主に支線・他路線の分岐点や運行上の拠点駅）の東京駅からの営業キロのみを記す。停車駅・接続路線・駅所在地などの詳細については「中央線快速#駅一覧」を参照。
東京駅 (0.0) - 神田駅 (1.3) - 御茶ノ水駅 (2.6) - 水道橋駅 - 飯田橋駅 - 市ケ谷駅 - 四ツ谷駅 - 信濃町駅 - 千駄ケ谷駅 - 代々木駅 (9.6) - 新宿駅 (10.3) - 大久保駅 - 東中野駅 - 中野駅◇ (14.7) - 高円寺駅 - 阿佐ケ谷駅 - 荻窪駅 - 西荻窪駅 - 吉祥寺駅 - 三鷹駅 (24.1) - 武蔵境駅◇ - 東小金井駅 - 武蔵小金井駅 - 国分寺駅 - 西国分寺駅 (32.8) - 国立駅 (34.5) - 立川駅 (37.5) - 日野駅 - 豊田駅 - 八王子駅◆■ (47.4) - 西八王子駅 - 高尾駅 (53.1)
中津川駅 - 名古屋駅間
ここでは駅名と主要な駅の東京駅からの営業キロのみを記す。停車駅・接続路線・駅所在地などの詳細は「中央線 (名古屋地区)#駅一覧」を参照。
中津川駅 (317.0) - 美乃坂本駅 - 恵那駅 - 武並駅 - 釜戸駅 - 瑞浪駅 - 土岐市駅 - 多治見駅◆ (360.7) - 古虎渓駅 - 定光寺駅 - 高蔵寺駅 (372.9) - 神領駅 - 春日井駅◆ - 勝川駅 - 新守山駅◇ - 大曽根駅 - 千種駅 - 鶴舞駅 - 金山駅 (393.6) - （山王信号場） - 名古屋駅◇ (396.9)