デハ9000形とユニットを組み、電動空気圧縮機、補助電源装置を搭載する中間電動車である。百の位はユニットを組むデハ9000形と同一で、2000年から2009年に56両が製造された。8両編成の3両目に9000番台（デハ9051 - デハ9058）、7両目に9100番台（デハ9151 - デハ9158）、10両編成の3両目・9両目にそれぞれ9000番台（デハ9081 - デハ9099、デハ9080）・9200番台（デハ9281 - デハ9299、デハ9280）の車両が組み込まれている。10両編成用の9100番台は存在しない。8両編成の9100番台以外には京王八王子寄りにパンタグラフ1基が搭載されている。
主制御装置、パンタグラフを搭載する中間電動車である。パンタグラフは京王八王子寄りに1基が搭載されている。編成位置により番号の百の位が異なっている。8両編成の2両目に9000番台（デハ9001 - デハ9008）、6両目に9100番台（デハ9101 - デハ9108）、10両編成の2両目・5両目・8両目にそれぞれ9000番台（デハ9031 - デハ9049、デハ9030）・9100番台（デハ9131 - デハ9149、デハ9130）・9200番台（デハ9231 - デハ9249、デハ9230）に附番された車両が組み込まれている。10両編成の9100番台以外はデハ9050形とユニットを組み、デハ9000形に搭載された主制御装置で2両1ユニット、8個の主電動機を制御するが、10両編成の9100番台は単独で使用され、1両分4個の主電動機を制御し、主制御装置容量も他車とは異なる。2000年から2009年にかけて合計76両が製造された。
9000系は以下の形式で構成される。各形式とも同一編成中で下2桁は同番号または同番号+50となっている。10両編成は下2桁が30 / 80から附番されている。「デ」は電動車を、「ク」は制御車を、「サ」は付随車を、「ハ」は普通座席車を指す略号であり、形式名の前のカタカナ2文字はこれらを組み合わせたものである。
9706編成までの8両編成には屋上集中式48.84 kW (42,000 kcal/h) の冷房装置が各車に1台、9707編成・9708編成と10両編成には屋上集中式58.14 kW (50,000 kcal/h) のものが同様に各車に1台搭載された。
8両編成のうち9706編成までの8本は出力170 kVAの静止形インバータ (SIV)が、9707編成・9708編成は空調装置能力増強のため210 kVAのSIVが、10両編成には出力250 kVAのSIVがそれぞれデハ9050形に搭載された。
東洋電機製造製PT-7110シングルアームパンタグラフがデハ9000形全車と、8両編成の9100番台を除くデハ9050形に搭載された。
8000系最終製造車と同一の東急車輛製造（以下、東急）製軸梁式軸箱支持ボルスタレス空気ばねのTS-1017動力台車、TS-1018付随台車（いずれも固定軸距2,200 mm、車輪経860 mm）が採用された。台車枠の横梁は空気ばねの補助空気室を兼ねている。
西暦2300年代初頭を舞台とする『機動戦士ガンダム00』には中国・インド・ロシアを中心とする「人類革新連盟」（通称「人革連」）が極秘で研究している「脳量子波」を使う「超兵（ちょうへい）」と呼ばれる強化人間兵士が登場する。デザインベビーにナノマシンを投入していることが作中の台詞に出てくる。また、アレルヤ・ハプティズム（ハレルヤ）などの戦災孤児を集めて実験を続けていたようである。尚、人革連軍に配属された超兵1号、ソーマ・ピーリス（マリー・パーファシー）は自分は完全体でありアレルヤを出来損ないの失敗作だと言うが、ハレルヤ曰く“脳量子波による超反射能力の速度域に思考が追いつかない”ピーリスの方が不完全であり「反射と思考の融合こそ完全な超兵のあるべき姿だ」と作中で言っている。また、2ndでは思うような結果を出せずに焦った「超人機関」が別の人格を上書きすることで実験により失われていたマリーの五感を復元し、ピーリスとして軍に送り出すことで組織の存続を図ったことが発覚した。人格の分裂こそ起きたものの、唯一の成功例たる完全体の「真の超兵」はアレルヤだけである。刹那やイノベイドも含めた他の脳量子波使いが「ELS」の脳量子波に苦悶する姿が描かれており、アレルヤのみが「もう1人のアレルヤ」ハレルヤにより他者の脳量子波の遮断が可能な唯一の存在となっている。また、アレルヤやマリーの他にも超兵はおり、『機動戦士ガンダム00P』2ndには能力は低いものの7歳の超兵レナード・ファインズが「次世代技術開発研究所」のデルフィーヌ・ベデリアと共に登場する。レナードは漫画版で「ELS」と融合している。