光起電力効果は1839年にアレクサンドル・エドモン・ベクレルが最初に報告した。これは薄い塩化銀で覆われた白金の電極を電解液に浸したものに、光を照射すると光電流が生じる現象として報告された。彼は電流が熱によるものではないことを示し、カラーフィルターを用いることで（大雑把ながら）スペクトル感度特性を示した。これが光起電力効果に関する最初の報告となった。このときベクレルが創ったのは現在の色素増感太陽電池の原型ではないかと言われる。その後1873年にウィルビー・スミス(Willoughby Smith)らがセレンにおいて光導電現象を確認し、1876年にアダムス(Adams)とデイ(Day)らがセレンと金属との接合面における光起電力効果を確認した。1880年にアレクサンダー・グラハム・ベルはセレンの感光特性を光線電話に使用した。1883年、フリット(C.E.Fritts)がセレンに薄い金の膜を接合した、セレン光起電力セル(Photovoltaic Cell)を作製した。このセルは現在で言うショットキー接合を使ったもので、変換効率はわずか1%程度であった（現在の太陽電池はpn接合を用いる）。この発明は1960年代まで光センサーとして、カメラの露出計等に広く応用された。1887年、ハインリヒ・ヘルツにより光電効果が見出された。これはハルヴァックス(W.L.Hallwacks)やフィリップ・レーナルトらの研究を経て、アルベルト・アインシュタインの光量子仮説により、光子と電子の相互作用が理論付けられた（光電効果#歴史を参照）。これが光起電力効果の理論的な理解の礎となった。1954年、ベル研究所のダリル・シャピン(Daryl Chapin)、カルビン・フラー(Calvin Fuller)、ゲラルド・ピアーソン(Gerald Pearson)によって開発された、pn接合を用いた太陽電池が発表された。変換効率は6%であった。これが現在の太陽電池の原型となった（詳しくは太陽電池#歴史を参照）。
電解質溶液などで発生する場合もあるが、半導体のpn接合や、半導体と金属とのショットキー接合部など、整流作用を持つ半導体の界面で発生するものがよく利用される。こうした整流作用を持つ界面には内蔵電場が存在する。界面に入射した光によって伝導電子が増え（内部光電効果）、内蔵電場によって正孔と引き離される。これを電極から外部に取り出すことで光電流が得られる。
16両編成で8 - 10号車がグリーン車、他は普通車である100系とは異なり、2階建車両やグリーン個室、食堂車及びカフェテリアはない。グリーン車は横2列+2列の座席配列で、100系と同様読書灯を各席に設置してイヤホン式のオーディオサービスがある。普通車は横3+2列の座席配列で、シートピッチ（座席の前後間隔）は100系と同じく1,040mmと広い。また、本系列量産車からは、3人がけ座席のうち中央列座席（B席）については窓側席と通路側席の座席有効幅430mmに対して30mm広い460mm幅とした。J1編成以外の定員はグリーン車200名と普通車1,123名の計1,323名、この標準定員と1車両毎の座席数の共通化が以降の東海道新幹線車両の基本となった。なお、J編成はブラウン系、F編成はグレー系の配色でまとめられている。普通席はおおよそ同一（モケット色違い）だが、グリーン席に関して言うと、ヘッドレストの張り出し、オーディオスイッチ・読書灯スイッチの配置、読書灯のデザイン、背もたれのシートバックポケットのデザインなどがJ編成、F編成の間で異なっている。本系列から消滅した食堂車に代わり、7号車の東京寄り、11号車の博多寄りに車内販売準備室を兼ねた「サービスコーナー」を設置し、車内販売を実施。ワゴンサービスも充実したため、2003年10月1日のダイヤ改正によりサービスコーナーは廃止され、以降は車販準備室のみとなった。また、奇数号車の洗面台同士の間には冷水器と紙コップが設けられていたが、700系には当初から設けていないこともあり、700系デビュー以降は500系とともに冷水器は使用停止となり、冷水器の箇所は板で塞がれた。車内照明は、間接照明が採用されている。これは車体断面縮小からくる全高の低下にもかかわらず、室内高の拡大（100系との比較で全高は3,800mmから3,650mmへ150mm低下しつつ、室内高は2,100mmから2,140mmと40mm拡大）を実現するための合理的な方法である。「のぞみ」としての高速運転を達成することを第一優先にして開発された車両であるだけに、座席の背もたれが低めであることや、高速運転に伴い振動が大きくなるなどの問題が発生した。2010年代に入っても、回生ブレーキの具合により大きな前後衝動が起きることがあった。また付随車において加減速時に補助電源装置からの発生音が大きくなる欠点も改善されないまま、運用を終えている。その後の騒音対策として床、台枠の一部に鋼材を導入し改造したり、振動対策では下記「乗り心地改良工事」にて改善されていた。美観上の問題も発生した。デッキのくず物入れが大人の膝下サイズにまで小型化されたため、投入口からは弁当殻などがあふれ出す状態になってしまった。空調装置の床下への移設でダクトを壁内に納めたことにより、体感温度が外部の気温変化や直射日光の照射の影響を受にくくなっている。これは外壁の薄いシングルスキンに接したダクト内を空気が通ってから室内に吹き出すため、夏は日光に暖められ冷房の効きが悪く、冬は外気温で冷やされて暖房の効きが悪くなるというように、エアコンの負荷効率は悪くなった一方で、壁面温度が先に制御されるので室内にいる人にとっては放射加熱や放射冷却の影響を受けにくくなっているからである。有限要素法などの新しい設計方法を駆使して当初から本格的にトンネル内微気圧波対策を施した密閉車両とし、室内の気圧変化を抑えているので、この面での快適性は従来車両より向上している。本系列は新技術を数多く採用・実用化し、新幹線高速化の第一歩となった。そのため技術的には高く評価される車両だが、利用客にとっての居住性という観点からの評価は低いことが多い。このことを反省してJR東海では後継車両の700系開発には高速運転性能のみならず、居住性を含めた快適性重視の姿勢をとった。振動低減や居住快適性アップなど利用者にはその成果を支持されている。これは新幹線に限らず、その後のJR各社の在来線新型特急車両の開発の際にも重視されるようになった。