制御装置は8500形に引き続きVVVFインバータ制御が採用されているが、素子方式は同形式のGTOサイリスタに代わってIGBTとされ、素子の冷却には床下機器のスペースが限定されるためファン使用の冷却方式を採用した。イメージ的には、同じくレトロ調の熊本市電8800形の101号車に近い。ブレーキシステムは電気指令式電磁直通空気ブレーキ方式で、応荷重機能と回生ブレーキ・発電ブレーキ付きである。また、ブレーキ制御に回生ブレーキと発電ブレーキを併用する制御を採用し、回生負荷が足りない時に発電抵抗器によりエネルギーを消費することで、安定したブレーキ力を確保できるようにした。保安ブレーキは平成13年関東運輸局通達に従い空気タンクと逆止弁などの二重化を図った。2006年（平成18年）6月に発生した追突事故への対策として在来車に設置されたブレーキランプも設置されている。さらに速度40km/hを超過して加速することがないように速度リミッターを追加した。戸閉装置は空気式で、入口に片開き式で有効幅1000mmのY6形を、出口に両開き式の有効幅1300mmのY4形のものを採用した。主電動機の製造メーカーは変更されたが、1時間定格出力は8500形と同じ60kWである。同形式と同じ自己通風方式のかご形三相誘導電動機を採用している。駆動装置との結合は従来通りWN継手を採用、車両1両への搭載台数は2台である。車輪は丸リング付き防音一体圧延車輪であり、車輪径は新品時660mmである。本形式用の台車はほぼ同形式と同一の設計だが、車両の床面高さを下げるため軸バネを少し固くしてバネの全長を短くすることで、同形式と比較して4mmではあるが、床面高さを下げることができた。
乗務員室は前面窓が3枚になったため、視界を確保する必要があること、さらに料金箱の関係で運転台位置は8500形よりも50mm中央寄りに移動した。また、ハンドルの構成は従来車と取り扱い方式を合わせるため、主幹制御器とブレーキ設定器から構成する2ハンドル方式を採用した。なお、運転士が急病などの場合に自動的にブレーキがかかり停止する、都電初のデッドマン装置を備える。
内装は木目調を採用し、床はフローリングである。照明は間接式が採用されたが、天井色を白色とすることで室内の明るさを確保している。さらに丸形の窓や真鍮製の手すり、緑色の地に模様を施された座席などでレトロムードを演出させる。客室定員は8500形8501号車では65名だったが、本形式ではロングシートを1人増やして9人掛けとし、座席22名・立席42名で合わせて1名減の64名となった。さらに、3人ごとの腰掛け仕切りを兼ねた縦型の握り棒を新設した。乗務員室との仕切り部には、従来からの運行案内に使用するLED式表示器の他に多目的での使用が可能な20インチの液晶表示器が設置された。これはイベント時の使用を想定して設置したもので、詳しい使用方法は電車部で検討中であったが、営業運転開始後は9001号車の製造記録や車両案内などのPRに使用されている。さらに、イベント設備としてカラオケ機器や照明設備も用意されている。バリアフリーにも配慮し、従来行われていた車椅子スペース専用の降車合図ブザーに加え、吊り手を従来より100mm低く設ける、優先席部に黄色の三角形のつり革を設置する、車椅子スペースを従来車よりも1か所多い2か所設置する、腰の高さの握り棒を装備する、車いす固定用のベルトを装備する、などの対策が追加された。また、都電荒川線は1990年代後期に停留場のプラットホームが嵩上げされているためステップがないが、さらに床面高さを8500形よりも4mm下げて786mmとする、出入口部に20mm傾斜を設ける、などしてホームとの段差をさらに縮小している。車内の広告はレトロ調のもの（2009年3月現在、9001号車はカンロ飴、9002号車はオロナインH軟膏）が掲出されている。また、路線図は荒川線の他形式とは違い、本形式オリジナルの黄色いラインが施されたものになっている。
寿永2年（1183年）春、頼朝と対立していた源義仲は、長男で当時11歳の源義高を人質として鎌倉に送り、当時6歳の大姫の婿とする事で頼朝と和議を結んだ（なお、義高と大姫は又従兄妹にあたる）。しかし頼朝と義仲の関係は破局し、翌年の寿永3年（1184年）正月、義仲は頼朝の送った軍によって都の郊外で敗死する。同年（改元して元暦元年）4月21日（6月1日）、頼朝は将来の禍根を断つべく義高の殺害を決める。それを漏れ聞いた侍女たちから知らせを受けた大姫は、明け方に義高を女房姿にさせ、侍女たちが取り囲んで邸内から出し、ひづめに綿を巻いた馬を用意して鎌倉を脱出させる。義高と同年の側近であった海野幸氏を身代わりとして、義高の寝床から髻を出し、義高が好んで幸氏といつも双六勝負していた場所で双六を打ち、その間殿中の人々はいつも通り義高が座っているように思っていたが、夜になって事が露見する。頼朝は激怒して幸氏を召し捕り、堀親家以下軍を各所に派遣して義高を討ち取るように命じる。周章した大姫は魂を打ち消すほど打ちしおれてしまう。4月26日（6月6日）、親家の郎党である藤内光澄が鎌倉に戻り、入間河原で義高を討ち取った旨を報告する。この事は内密にされていたが、大姫の耳に入り、悲嘆のあまり水も喉を通らなくなるほどだった。6月27日（8月5日）、政子は大姫が病床に伏し、日を追って憔悴していくのは義高を討ったためだと憤り、ひとえに討ち取った男の配慮が足りなかったせいだと頼朝に強く迫り、藤内光澄は晒し首にされた。7歳であった大姫の心は深く傷付き、その後十余年を経ても義高への思いに囚われては床に伏す日々が続く。義高のための追善供養や読経、各寺院への祈祷などあらゆる手が尽くされたが効果はなかった。