東に日本海溝があって太平洋プレートが潜り込み、沈み込みの力が地震の多発として現れるのが本州東部の特徴だが、北上山地はその影響が少ない場所である。地震は東方では潜り込み面に沿った海底から地殻深部、西方では奥羽山脈以西で多発して、北上山地は少ない。奥羽山脈の東には、青森県の恐山から宮城県の青麻山まで、青麻-恐火山列があるが、これは岩手県で七時雨山を通り、北上山地には入らない。
地質的には古生界と中生界（それぞれ古生代・中生代の地層）が広く分布する。最高峰を抱える早池峰構造帯を境に南北に大きく分かれ、北部北上山地の南部北上帯、南部北上山地に葛巻-釜石帯と安家-田野原帯がある。各構造帯を分かつ線は、南北に長い山地を斜めに切っておおよそ北北西から南南東に走る。このうちもっとも古い先シルル系の基盤を持つのは南部北上帯である。奥州市前沢の生母の北部の北部と奥州市水沢黒石町に広がる母体変成岩類、陸前高田市の氷上山を中心にした氷上花崗岩類などがあり、日本の中でも最古の部類に属する地層である。南部北上帯はシルル紀からデボン紀にはサンゴが生育するような水温の高い大陸縁辺の浅海にあり、後に北上して北部北上山地に衝突したのではないかという。北部の葛巻-釜石帯と安家-田野原帯は、古生代の基盤にジュラ系が付加されたものである。早池峰構造帯はオルドビス紀からシルル紀に海洋性地殻であったものが、南部北上帯と北部の地塊の衝突で境界部分が持ち上がった。この後、白亜紀前期に大島造山運動が起こり、全体が各所で花崗岩に貫かれた。北上山地の原型はこの頃にできあがった。古第三紀まで北上山地は大陸縁辺でロシアの沿海州と一体になっており、阿武隈山地と距離が近かった。古第三紀に入って双葉断層を境に東側にある北上山地が北へ、西の阿武隈山地が南へと横ずれして引き離された。続いて、およそ3000万年前から1500万年前までかかって、日本列島が大陸から分離して現在の位置に移動した。その頃の北上山地は一つの大きな島で、西側は浅海をなし、奥羽山脈はまだなかった。奥羽山脈の隆起は後期中新世に始まり、北上山地との間に北上盆地が生まれた。北上山地は新生代を通じて陸地であったため長く浸食にさらされた。加えて最終氷期に周氷河作用によって斜面がならされた結果、今あるようななだらかな地形ができあがった。
電磁直通ブレーキで最大勢力となった、WABCOのSMEE/HSCブレーキには、発電ブレーキや回生ブレーキとの連係動作を円滑に、そして容易な操作で実現可能とするために、様々な工夫が凝らされている。まず、これらのブレーキでは、電気ブレーキの指令時に制御器から電空制御器に対してもブレーキ指令が行われ、電気ブレーキ動作中は常時直通管が加圧され続けるようになっている。これだけでは、制動力過大による急停車などの異常動作を引き起こしてしまう。だが、SMEE/HSCブレーキの場合はこの電磁給排弁と中継弁の間をつなぐSAP管に、上述の締切電磁弁および射込弁と呼ばれる特殊な弁を並列で挿入することでスムーズなブレーキタイミングの同期・連係動作を可能としている。締切電磁弁はこの電空同期システムの中核を担う機構である。この電磁弁は制御器内のスイッチが切り替わり電気ブレーキが立ち上がるまでの間は消磁されており、電磁給排弁から送り込まれた空気圧は開放状態のこの電磁弁を通ってそのまま中継弁に流される。だが、一旦電気ブレーキが機能し始めると、この弁の電磁回路は制御器内のリミッタ・リレー（限流継電器）の働きで励磁され、それによって弁が動作してSAP管を高速閉鎖する、という役割を担う。この機構により、電気ブレーキの宿命であるブレーキの立ち上がりの遅れを最小限に抑制している。しかもこの機構は、電気ブレーキが機能しない場合や締切電磁弁が故障した場合には開放状態で固定されるため、そのまま通常の空気ブレーキが動作するという、フェイルセーフ機構をも実現している。こうして締切電磁弁の働きによってスムーズに立ち上がった電気ブレーキが、その働きによって列車を10 - 20km/h程度まで減速すると、今度は発生電圧の低下等によって制動力が失効し、再度空気ブレーキに切り替える必要が生じる。この際、列車速度の低下に比例して電動機を流れる電流量も低下することから、これを検出した制御器内のリミッタ・リレーによって締切電磁弁が消磁されてSAP管が開かれ、空気ブレーキが動作することになる。しかし、単純に締切電磁弁を開いただけではブレーキシリンダーが動作して有効になるまでタイムラグが発生し、しかも一旦制動力が途切れるため、切り替えの瞬間に大きな衝撃が発生することにもなる。この問題を解決するのが射込弁 (Inshot Valve) あるいは連動込め弁と呼ばれる装置である。射込弁は電空切り替えに伴うブレーキのタイムラグやショックを緩和する目的で搭載されるきわめてコンパクトな弁装置である。この装置は、電気ブレーキが動作し、かつ締切電磁弁が閉鎖している場合にSAP管からの空気圧を降圧して中継弁に供給し、ブレーキシューが車輪ないしはブレーキディスク等に接触する程度の位置にブレーキシリンダーを保持させ続ける、という役割を担っている。これにより、締切電磁弁が開いた直後からブレーキシューが制動ポジションに位置しているためただちに所要の制動力が得られ、上述した問題が回避可能となる。こうして、締切電磁弁と射込弁の連携動作によって、切り替えに伴う衝動をほぼ完全に抑制した、スムーズかつ確実な減速・停車が実現される。この間、乗務員は電気ブレーキに対する指令を行うだけであり、空気ブレーキの操作は一切行う必要がない。この巧妙にして操作が容易、しかも安全性が高いという、極めて完成度の高い機構こそが、日本とアメリカ、特に日本でSMEE/HSC系電磁直通ブレーキが市場を事実上独占しえた最大の要因であった。