B♭-A-C-B♮のいわゆるバッハの主題をモチーフにした8小節の旋律によるオスティナートが25回繰り返されるパッサカリアのスタイルで書かれている。
各線とも北向きの列車が下り、南向きの列車が上りである（一部異なるホームから発着するものもある）。一部の路線では内回りや南行などの言い回しをするものもある（山手線や中央緩行線、湘南新宿ライン）が、線路名称としては上り・下りの方向が揃っている。2008年（平成20年）3月15日のダイヤ改正で、1番線発の埼京線下り列車の設定がなくなり直後の線路切り替え工事において、1番線から池袋方面へ折り返すために必要な出発信号機やポイントも撤去された。しかし、2009年（平成21年）11月7日の工事により1・2番線がシーサスクロッシングに戻り、出発信号機も再設置されたため、再び1番線から大宮方面へ折り返せるようになった。そして、2010年（平成22年）3月13日のダイヤ改正により、1番線発の埼京線下り列車の設定が復活した。かつて、湘南新宿ライン南行の横須賀線方面は横須賀線の路線色（青）で表記されていた（赤羽・池袋・渋谷・恵比寿・大崎の各駅でも同様）。以前は当駅発着の列車のみ横須賀線の車両（215系・E217系）の運用があったが、それが2004年（平成16年）10月16日のダイヤ改正でなくなり、2008年（平成20年）3月15日時点では、南行（1番線）と北行（4番線）どちらもオレンジ色と青色を縦に並べた表記になっている。湘南新宿ラインのダイヤ乱れ時は、2番線に加え、湘南新宿ラインの案内が現在は無い3番線ホームを中心に折り返す。また5・6番線にも15両編成が入線可能で、埼京線を含む全列車折り返し運転などで1-4番線だけでは足りない場合、湘南新宿ラインは5番線も使用する場合がある。5・6番線には北側にエスカレーターが設置されている。また、7・8番線にも南口跨線橋の下にエスカレーターやエレベーターが設置されているので、5・6番線への連絡がスムーズになっている。7・8番線（中央線快速上り）は、東京行は基本的にはほぼ終日8番線を使用しており、平日朝ラッシュ時（7 - 9時台）は東京行が7番線と8番線で交互発着し、当駅での大量の乗降客による各列車の長時間停車に対応している。なお、当ホームを発着する東京行の列車に対しては、当駅以降は特急を除く全列車が四ツ谷・御茶ノ水・神田・東京駅の順に停車するので、新宿駅以西で通勤特快、中央特快、青梅特快、快速のどの種別で運転されていたかにかかわらず、到着する全列車「快速 東京」行と音声、電光表示案内している。7番線は、東京・千葉行の「あずさ」「かいじ」、終着の「あずさ」号および東京行の橙色の列車が使用している。当駅止まりの「あずさ」「かいじ」で7番線に到着する列車は東京駅まで回送され、東京始発の「かいじ」「はちおうじ」「おうめ」として運転される。9・10番線の特急ホームにある駅名標は、下り方面のみ矢印になっており、隣の駅には三鷹が表記されている。しかし、2019年3月16日のダイヤ改正以降は中央本線特急（「あずさ」「かいじ」「富士回遊」「はちおうじ」「おうめ」）は全列車が三鷹駅を通過しており現実に即していない（特急としての次の駅は立川駅である。ダイヤ改正以前は「かいじ」の次の停車駅が三鷹駅だった）。なお、上りの隣の駅名は表記されていない（ただし、東京方面からの中距離列車がない訳ではない）。7番線側と11番線（旧9番線）側の方面案内サインは以前背景が青色（中電色）で「中央本線（普通）　大月・甲府方面」と表記（後に無表記）だったが、湘南新宿ライン登場に伴う更新で快速と同じオレンジ色のものに変更された。現在も7番線の方面案内は無表記だが、11番線の方面案内には12番線と同様の表記になっている。以前は、9・10番線の特急ホームと同様に下りの隣の駅が三鷹と表記されている。三鷹は、特急および（現在は臨時のみ運転の）中距離列車（中電）の駅としては下り側の隣の駅である。ちなみに上り側は快速と同様に四ツ谷と表記されていた。現在は上下とも快速と同様に下り側は中野、上りは四ツ谷と表記されている。ただし、現在でも階段付近の帯には、中距離カラーのブルーと快速カラーのオレンジを併用したものがある。現在でも、当駅に発着する中距離列車（特急ホーム発着除く）は原則として上りは7番線、下りは7・11番線発着であり、8・12番線は使用しない（ただし、高尾以西を中距離列車として運行する快速・通勤快速・中央特快・通勤特別快速を除く）。11・12番線（中央線快速下り）ホームは、下り電車は基本的には12番線を使用している。平日朝8 - 9時台後半と夕方18 - 19時は11番線と交互発着している。他のホームに比べて幅が狭い。そのため、ダイヤが乱れた際や金曜日など休日前の夜の帰宅ラッシュ時間帯は列車を待つ旅客でホーム上が混雑し、12番線に到着した列車からも大量の旅客が降車するため、大変危険な状況に陥ることがある。また、平日深夜の当駅始発の快速（23:33発・0:16発）は11番線から発車する。13・14番線と15・16番線はそれぞれ方向別配線で、同一方向の列車の乗り換えが便利になっているが、接続がとられていない場合もある。