5000系の後期車のうち、8両編成となって中央電鉄線で使用されていた5x86F - 5x92Fを2009年3月に321000系へ編入させたものである。5000系は交流電化区間と直流電化区間の双方を走行できる「交直流電車」であるが、321000系への編入の際に一部の機器を撤去したため、直流電化区間での走行は不可能となった。主幹制御器は5000系時代と同様のツーハンドル式だが、ワンマン運転への対応改造が実施された。車内案内表示装置はLED式で、天井に4面設置している。
主制御器はIGBT素子を使用した2レベルVVVFインバータ制御で、1台で主電動機を4台制御する1C4M方式である。主電動機はかご形三相誘導電動機を採用している。ブレーキ方式は回生ブレーキを併用した電気指令式空気ブレーキである。パンタグラフは下枠交差式で、一部の電動車に2基搭載する。台車はボルスタレス式である。
車体は5000系などと同様のビードプレスが施された軽量ステンレス車体である。客用扉の外側と前面窓下に赤色と青色のアクセントが入るが、両者で色の配置を逆転させている。客用扉配置は全ての車両で片側4か所である。先頭車の前頭部は5000系などと同様の丸みを帯びたもので、この部分にはシルバーメタリックの塗装が施されている。行き先表示器はLED式である。中央電鉄線で使用していた5000系（5x86F - 5x92F）からの編入車を除き、前頭部に設置している行き先表示器は従来の車両より大型のものが採用されている。
5000系と同様、2003年に発生した大邱地下鉄放火事件を教訓として車両全体の不燃化を徹底している。2019年現在は全ての編成が8両編成で、21本168両が存在している。全車両が龍門車両事業所に在籍し、首都圏電鉄京義・中央線で使用されている。2011年10月5日に実施されたダイヤ改正では、中央電鉄線の全列車が6両編成で運行されることとなったため、本系列は中間車2両を抜いて6両編成化された。抜かれた中間車（321400形と321500形）は、今後盆唐線の351000系（旧2000系）増備車や311000系（旧5000系）増備車に、改造を施したうえで転用される予定であった。しかし抜いた一部の中間車の改造が不可能であったことや、中央電鉄線電車の減車による混雑悪化などの理由により、2012年5月21日に実施されたダイヤ改正以後、再び全編成を8両編成に戻すこととなった。このため、抜かれた中間車は再度本系列に戻っている。
奈良時代に成立した『常陸国風土記』のうち、常陸国の那賀郡（なかのこおり）（現在の茨城県那珂郡〈なかぐん〉）について記された「那賀略記」には、平津駅家（ひらつのうまや）の西方にある、今（奈良時代）は「大櫛之岡（おおくしのおか、歴史的仮名遣：おほくしのをか）」と呼んでいる岡（丘）には、大昔、“長大な人”がいたのだという旨の記述（平津駅家条）があり、この“長大な人”は近現代の民俗学をして日本の巨人の代表的存在である「ダイダラボッチ」の特に注目すべき一例であると見なされている。平津驛家条には、「“長大な人”は、岡にいながら海浜に手を伸ばして大蛤（おおはまぐり）を掘り起こし食べていた」、「食べ残しの貝殻が積もりに積もって岡になった」、「大昔の人は（“大量の貝が朽ちている”意をもって）この岡を『大朽（おおくち）』と呼んでいたが、それが訛って今では『大櫛之岡（おおくしのおか）』と呼んでいる」などといった旨の記述があり、近現代の学術的知見は、この大櫛之岡の比定地として大串貝塚を挙げている。小説家・松本清張は、1970年（昭和45年）、大櫛之岡の巨人伝説を材に採った推理小説『巨人の磯』を発表している（書籍化は1973年〈昭和48年〉）。
エリコンFFの原型となったのは、第一次世界大戦中にドイツで開発されたベッカー 20 mm 機関砲である。これは、20x70mm RB弾を使用し、ガス圧作動でAPI ブローバックという発射機構を採用しており、薬室への弾薬の装填中に装薬を発火させ、スプリングによりボルトの前進するエネルギーで反動をある程度相殺できるため、本体を軽量化できるという利点をもっていた。特許を取得してこの機構を受け継いだスイスのエリコン社では、同じ口径20mmだが、より強力な砲弾を用いるFF（Flügelfest=翼内固定式）系の機関砲を開発し、1935年から生産を開始した。これにはサイズや使用弾薬により、20x72mm RB弾を用いる最軽量のFF、20x101mm RB弾を用いるFFL、20x110mm RB弾を用いる大型のFFSの3種類があった。API ブローバック方式のため、プロペラ同調式機関砲として戦闘機の機首には搭載できず、翼内装備用として開発された。バリエーションとして、FFSをモーターカノン用としたFFS/MKがあるが、シリンダーからの振動が原因で作動不良を起こすことが多い。また、FFSは地上の砲架や車両・艦艇に搭載される対空機関砲型としても使用され、エリコンSSと呼ばれる。なお、API ブローバック方式は給弾力が弱く、機構による牽引力を必要とするベルト給弾化は不可能といわれていた。しかし、大日本帝国海軍は改良に成功し装弾数を当初の60発から125-250発と増大させている（九九式二〇粍機銃二号四型以降）。