0系で最後まで残った車両は連日の高速運転や20年を越え老朽化が進んでいた。当初、JR西日本では「0系はN700系の営業開始まで使用する」と発表していた。その後、2007年9月に発表されたN700系の追加増備計画に伴い、余剰となる500系5編成を16両編成から8両編成に短縮し、山陽新幹線の「こだま」として運用することにより、0系を置き換えることが同年12月19日にJR西日本より正式に発表された。これにより0系は2008年11月30日をもって営業運転を終了し、全車廃車と発表された。同年2月27日には、6月ごろまでに3本の編成（R61,R67,R68編成）を落成当時のクリーム10号と青20号の車体塗装に復元することが発表され、塗り替えられた編成は、同年4月18日より運用を開始した。塗り替えられなかった他の編成が廃車となり、2008年6月20日からは、運用につく0系はすべて白地に青帯の原色編成となった。塗料の材質が当時と異なるため、落成時とは若干異なった色合いとなった。また、同日より車内放送用メロディーも2003年秋まで使用されていたものに戻された。
本系列に属する各形式名とその車種は以下のとおり。奇数形式と偶数形式でユニットを組んでMM'ユニットを構成し、偶数形式（M'車）博多方にパンタグラフが設置されている。
駆動方式はWN継手を介して電動機の出力軸と駆動歯車を接続するWN駆動方式を採用。主電動機は MT200 形と称する直流直巻電動機で、連続定格出力185 kW/415 V・490 A・2,200 rpm であり、原設計は三菱電機が担当した。1964年（昭和39年）当時、日本における電車用、かつカルダン駆動方式のモーターとしては最高の出力を持つ。これを1両あたり4基搭載し、1両で740 kW（≒1,000 HP）の出力を確保している。全車電動車編成を組み、動力性能上の均衡速度は平坦で235 km/h、10 ‰ 上り勾配で196 km/h に達する。1966年（昭和41年）度の新造車（4次車）より絶縁強化を図ったMT200A形を、1973年（昭和48年）度の新造車（15次車）からは1時間定格出力を225 kW に増強したMT200B形を装備する。1992年（平成4年）、0系の主電動機がMT200Bに統一されたことで、限流値を上げ、起動加速度を1.2 km/h/s に向上させた。
最高速度200 km/h 以上で走行するため、在来技術を最大限に活用しながらも、強化したものとなっている。本系列の全電動車方式（全車を動力車とする方式。オールMとも。）は、走行中に1ユニット（2両）が故障しても25 ‰ の連続勾配で160 km/h の走行を可能にするために採用され、以後新幹線の基本的なポリシーとして踏襲されている。
オリジナルの塗装は、車体がアイボリーホワイト、窓周りがブルーの塗り分けだった。この青色塗装は、新幹線ブルーともいわれる。配色は、航空機（旅客機）をライバルとして意識し、青空と白い雲のイメージから採用されたものである。配色の由来は太平洋の青、航空機や青空など諸説あるが、JR東海の運営するリニア・鉄道館が保管していた旧国鉄の内部資料「東海道新幹線電車技術発達史」に記載のあることが判明し、それによれば、1962年（昭和37年）、国鉄や車両メーカーの担当者、外部の画家やグラフィックデザイナーらが参加した会合で配色が決定した際、卓上にあった煙草のハイライトのパッケージが議論の中で重要な役割を果たした。星晃へのインタビューによれば、塗色はパンアメリカン航空の旅客機の塗装と煙草のハイライトのパッケージを意識したものである。当初は部外委託委員会の検討結果から「アクリル樹脂エナメル塗装自然乾燥」で行われたがその後変更された。なお21-2は保存の際にこれに近い材料を用いて復元されている。1988年（昭和63年）に登場した「ウエストひかり」用車両は100系と似た窓下に子持ちラインを追加した塗装パターンを採用した。当初地色は他の0系同様のアイボリーであったが、その後1995年（平成7年）に100系の地色と同じ白3号となり、それ以外の車両も順次変更されている。その後の塗装の変遷については「#JR西日本」および「引退に至る経過」の節で詳述する。
千円貨幣は、素材に貴金属を使用しており、特殊な技術を用いて製造されていることから、貨幣の製造等に要する費用が額面価格を上回る「プレミアム型」の記念貨幣である。額面は千円で、純銀でできており、重さは31.1グラム、直径は40ミリメートルである。カラーの硬貨であり、白色、灰色、黒色、水色、青色、青紫色、ピンク色、黄土色、黄色、黄緑色、緑色が表面のデザインで使われており、虹色発色、斜めギザなどの特殊加工も施されている。表面には富士山と桜 を背景に0系新幹線がデザインされ、裏面には同じく0系新幹線が虹色発色でデザインされている。 百円クラッド貨幣は、異なる種類の金属板をサンドイッチ状に重ね合わせる「クラッド」技術が用いられており、百円硬貨においてこのクラッド技術が用いられるのはこの新幹線鉄道開業50周年記念百円貨幣が初めてである。額面は百円、材質は白銅及び銅で、銅87.5%、ニッケル12.5%、重さは4.8グラム、直径は22.6ミリメートル。微細線集合、斜めギザ等の特殊加工が施されている。千円貨幣とは異なりカラーではない。東海道新幹線、山陽新幹線、東北新幹線、上越新幹線、北陸新幹線の5路線及び、山形新幹線、秋田新幹線、九州新幹線、北海道新幹線の4路線の計9種類のデザインが存在し、表面には各新幹線路線の代表的な車両がデザインされ、裏面はすべての路線の硬貨共通で0系新幹線が用いられている。表面に用いられている新幹線車両はそれぞれ、東海道新幹線N700A、山陽新幹線500系、東北新幹線E5系、上越新幹線E4系、北陸新幹線E7系・W7系、山形新幹線E3系、秋田新幹線E6系、九州新幹線新800系、北海道新幹線H5系。