電動車台車はDT202、付随車台車はTR7000と呼称され（いずれもJR西日本の場合は頭に「W」を付す）、0系のDT200と同じくIS式軸箱支持装置、枕バネを採用している。コスト削減のため、DT202とTR7000の台車枠は共通のものが用いられ、車輪径は910mm、輪距は2,500mm、重量は9,800 kg (DT202) 9,225 kg (TR7000) となっている。230kn/h - 260km/hでの乗り心地向上を目指し、DT200と比較して、左右の振動の減衰に関係してくる空気ばねの横剛性は1.33倍、左右動ダンパー減衰係数も1.5倍となっている。また、踏面形状を1/40勾配から円弧踏面に変更し、軸箱の強度もDT200の2倍とすることで、フランジの磨耗を防いでいる。
主電動機は直流直巻式の MT202 を電動車両1両あたり4基搭載している。0系に比べて編成中の電動車数が減少すること、起動時の引張力を増大させて加速性能を向上させたことから、0系に比べて高出力（連続定格出力230kW）となった。端子電圧は625V、定格回転数は2,900rpmに増強され、重量は825kgである。構造的特徴として、他力通風方式の採用で鉄心長を増加させて出力向上を図り、H種絶縁の採用や冷却用排風覆いの簡素化で軽量化が図られるとともに、長尺ブラシを使用してブラシ摩耗代を長くし、軸受構造に第2グリース室を設けて潤滑寿命を長くして、無保守走行距離の延長を図っている点は MT201（200系）と同じである。
東北・上越新幹線向けとして開発されていた200系の機構をベースにコストパフォーマンス面から改良を進めた構造となっている。主に制御機器・主電動機の軽量化・高性能化により、0系の16両全電動車方式から16両中4両が付随車となった。モーターの高出力化により、電動車を4両減らしても0系とほぼ同等の出力（16両の編成出力：0系=11,840 kW、100系=11,040 kW）を得ることができる。
200系と同じく、LEDランプが横に向かって点灯するバーグラフ式の主速度計とドットマトリクス表示のキャラクタディスプレイによるモニタ支援装置を装備している。補助速度計は、200系では右奥に配置されていたのが、本系列では主速度計と一体化して正面に配置され、LEDランプによるデジタル表示に変更されている。モニタ支援装置は故障表示や必要な各種情報を表示するとともに機器の遠隔解放ができるだけでなく、パンタグラフや空調設備の作動状況、走行情報などが逐一、運転台から監視・制御できるようになっており、ディスプレイ自体はカラーCRTディスプレイ（1面設置。後の300系や500系などは2面設置）へと進化している。その他にも、点検作業効率化の観点から機器の配置見直しなども行われ、保守の省力化を図っている。また、0系に存在した乗務員用の個室が無くなった代わりとして、運転台に折りたたみ式の座席を設けている。これは、後述する普通車用の回転・リクライニングシートを、0系2000番台より前後間隔（シートピッチ）を広げたうえで、1編成（16両）辺りの普通席を従来の0系と同数配置するべく、客室スペースを増やすために行われた設計のひとつである。旧国鉄の車両設計事務所で、100系の車体・艤装の設計を担当した池田憲一郎によれば、池田が飛行機のコックピットに同乗させてもらった際、同種の席を見つけたことからヒントを得ている。
客室窓は、9000番台の（X0→）X1編成については、0系1000・2000番台と同じく小窓だった。しかしその後量産された編成は、0系0番台と同じく2列に1つの窓である大窓となっている。大窓の採用理由は、破損すると交換が面倒であるものの、眺望が良くなる方を優先したためである。窓の大きさは、普通車が1,660mm×610mm、グリーン車が1,870mm×610mmで、グリーン車の窓は0系0番台のそれと同じ大きさである。窓ガラスの板厚と構成を見直し、強度をアップさせている。
前スタジオ・アルバム『タイム〜時の旅人〜』（2013年）に引き続き、オリジナル曲を中心とした内容で、スチュワート自身は「前のアルバムが歓迎されたから、私は曲を書き続けることや、新しい題材の曲を書いてみる自信がついた」「レゲエ、スカ、ケルト音楽風のメロディといった、今までと違うサウンドを試してみる自由も得られた」とコメントしている。スチュワートと共同プロデューサーのケヴィン・サヴィガーは、2013年10月より本作のための曲作りに入り、2014年1月にはレコーディングを開始するが、その後の作業はスチュワートのツアーもあって断続的となり、2015年3月にようやく最終ミックスが行われた。冒頭の「ラヴ・イズ」を含む一部の曲で導入されたケルト音楽色に関して、スチュワートは「私に流れるスコットランド人の血を表現する方法の一つさ。それに、たまたま私のバンドには、とんでもなく素晴らしいフィドル奏者がいたからね」とコメントしている。「ラヴ・アンド・ビー・ラヴド」は、スチュワートが初めて作ったレゲエ・ソングで、タイトルに関しては、リーバ・スティンカンプ（2013年2月14日に交際相手であるアスリートのオスカー・ピストリウスに射殺された）が死の直前に残したインタビューで「私は、ただ愛して、愛されたいだけ」と語ったことにインスパイアされたという。「ウィ・キャン・ウィン」はサッカーを題材とした曲で、セルティックFC及び同チームのサポーター「グリーン・ブリゲイド」に捧げられている。「ウェイ・バック・ホーム」は、スチュワートが家族から聞かされた第二次世界大戦下のロンドンの話にインスパイアされた曲で、この曲の終盤では、ウィンストン・チャーチルの「我々は海岸でも戦う」というスピーチが引用された。「ア・フレンド・フォー・ライフ」は、スチュワートと親交の深いスティーヴ・ハーレイが2001年に発表したシングル曲のカヴァーで、かつてスチュワートのバンドのギタリストであったジム・クリーガンも、共作者としてクレジットされた。なお、スチュワートは「私が思うに、ミスター・ハーレイは現在の音楽シーンにおける最高の作詞家の一人で、とんでもなく過小評価されている」とコメントしている。