1987年2月にヒューストン大学のチューらによってY-Ba-Cu-O系超伝導体が90 K以上の転移温度を示すことが報告された。液体窒素の沸点（77 K）を超える転移温度をもつ超伝導体としては初めての発見であった。それまでにみつかっていた超伝導体はLa-Ba-Cu-Oで30 Kであったが、一気に90 K前後まで転移温度が上がったため、高温超伝導と呼ばれることとなった。ここでいう高温とは従来の超伝導体の転移温度のような極低温と比べて高温という意味である。結晶構造はペロブスカイト構造を基礎とした層状の構造である。酸素欠損を有するため、YBa₂Cu₃O7-δあるいはYBa₂Cu₃O6.9等と書かれることもある。希土類 - アルカリ土類 - 銅 - 酸素から構成されている。Yを他の希土類元素（La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu）に置換しても同一の結晶構造をとり、90 K級の転移温度を示す。Ce、Tbでは結晶構造を作らず、超伝導体にならない。Prでは結晶構造は作るが超伝導にはならない。焼結温度は、イオン半径が大きくなるにしたがって高くなる。焼結温度が一番高いのはGdの950℃である。イオン半径の短い（Er、Ho、Y、Dy）は、90 K以上の以上の試料を作るには920℃から980℃の焼結温度が必要である。希土類系の焼結時間を平均すると、Erは12時間、Hoは13時間、Dyは16時間、Gdは21時間、Ndは24時間である。イオン半径が短いグループの平均の焼結時間は12～16時間である。イオン半径の長いグループは20時間以上必要となる。
イットリウム系超伝導体（イットリウムけいちょうでんどうたい）とは、イットリウム(Y)を含む、90ケルビン(K)以上で超伝導転移を起こす化合物のことである。高温超伝導の中で銅酸化物高温超伝導に分類され、Y系高温超伝導体、Y系銅酸化物高温超伝導体とも書かれる。化学式はYBa₂Cu₃O₇である。構成する元素の頭文字をとってYBCO（ワイビーシーオー）または、構成元素の物質量比（モル比）からY123（イットリウムいちにさん）とも呼ばれる。初めて発見された液体窒素の沸点(77 K)を超える転移温度をもつ超伝導体であり、この発見以後、超伝導の研究が盛んに行われるようになった。
一般的に、単位制は、授業科目ごとに取得できる単位数が決まっており、卒業時に必要単位数がそろっているかどうかで卒業を判定することが多い。授業科目の学習成果を単位として修得していく方式は、後期中等教育（高等学校の課程など）以降で行われている。多くの高等学校では、単位制と学年制を併用しており、学年制の高等学校では学則で決められた以上の単位を落とすと原級留置となる。原級留置になると、落とした単位以外のいわゆる既修得科目の単位は修得保留扱いとなり、既修得科目の授業を改めて受ける必要がある。近年、高等学校や中等教育学校の後期課程で、学年制は用いず、単位制のみを用いる教育が増加しており、このような教育は、特に「単位制による教育」と呼ばれる。なお、すべての高等学校と中等教育学校の後期課程は単位制を採用しており、「単位制高等学校」の呼称は、学年制による進級認定を行わずに単位制で学習成果の評価を行なっているという意味である。また、単位制高等学校による教育は、学年ごとの教育課程の区分を設けずに行われる（但し、「ホームルームの時間」のみ学年単位の編成で実施する高校もある）。学年制併用の高校と違って原級留置はないが、必要な単位数が修業年限内で修得できない場合は卒業延期になる。一方、多くの大学では、単位制のみを用いていることが多い。大学では、2年次修了時点で、大学が定めた一定の単位数以上を修得していない場合は、原級留置とされ、翌年度も2年次に留められることがある（大学通信教育では、この限りではなく、4年次で卒業要件がそろわなかった場合などは、5年次、6年次のように、便宜上呼称する場合がある。10年次まで在籍可能な大学の場合は、10年次の時点で卒業要件を満たせなかった場合は、「除籍」となるが、その場合でも、理由を申告の上で、3年次編入の要件を満たせる場合は、再入学が可能である）。さらに、単位制は通年単位制とセメスター単位制に分かれる。通年単位制は1年間の授業科目の学習成果によって単位を認定する制度であり、セメスター単位制は半年間の期ごとの授業科目の学習成果によって単位を認定する制度である。通年単位制は、高等学校や中等教育学校の後期課程で主に採用し、セメスター単位制は主に大学で採用している。
床下には機器の取付・取外が可能な機器取付用レールを設置し、製造・整備・仕様変更にともなう機器換装等を容易なものとした。また車両状況自己診断プログラムを搭載するなど車両整備に際しての利便性向上にも重点が置かれた。国鉄分割民営化後に設計・開発された交直流両用電車としては初の商用電源周波数50/60Hz両用対応車とされた。これは485系電車に代わる汎用特急車として、将来常磐線以外でも運用することをあらかじめ考慮したものである。デッドセクションでの主回路切替はE501系電車と同一仕様で、ATS-P地上子を使用した自動切替である。車内照明は直流電源方式で、デッドセクション通過時には蓄電池からの供給に切り替わるため基本的に消灯しない。主変換装置は素子にIGBTを用いるCI8形を搭載。コンバータ部とインバータ部から構成され、交流電化区間ではコンバータによりいったん直流に変換した上でインバータにより三相交流に再変換する。直流電化区間ではインバータ駆動のみとし、本装置1基で1時間定格出力145kWのMT72形かご形三相誘導主電動機4基を一括制御する。営業運転時の最高速度は651系と同一の130km/hである。台車はボルスタレス方式で可変絞り付き空気バネならびにヨーダンパを搭載するDT64形電動台車・TR249形付随台車を装着。軸箱支持は軸はり式で上下動ダンパーを搭載するほか、軸バネには防雪カバーを、先頭台車は雪対策として強化型雪かきを装着する。集電装置はPS32形交流直流両用シングルアームパンタグラフを搭載する。構造的にはバネ上昇・空気下降式で集電舟は651系と共通である。本機はE351系に搭載される直流用PS31形をベースに交流区間対応の絶縁碍子を装備する。また中央本線などの狭小トンネル通過には対応していない。ブレーキ装置は回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキを装備し、発電ブレーキを準備工事とした。系統は常用ブレーキ・非常ブレーキ・直通予備ブレーキ・抑速ブレーキ・耐雪ブレーキの5系統とし、付随車のブレーキ力を電動車で負担する遅れ込め制御を行う。車体側面の行先表示器は3色LED式で行先・愛称のほか号車番号を表示する。空調機器は集約分散式冷房装置を搭載しており、車体にマッチさせるためFRP製大型カバーを装着。端部にラジオ輻射装置用アンテナを内蔵する。