走行機器類は209系と基本的に同一構造であり、起動加速度はMT比に関係なく4両・6両・10両編成とも2.5km/h/sに統一されている。なお、6両編成・10両編成ではVVVFインバータ装置内に編成設定切り換えスイッチを設置しており、どの編成でも同一の起動加速度になるようにしている。制御装置は、三菱電機製GTOサイリスタ素子によるVVVFインバータ制御（1C4M2群制御）を採用している。編成中の電動車 (M) と付随車 (T) の構成（MT比）は初期の4両編成で2M2T、現行の10両編成で6M4Tとしている。これは、りんかい線の勾配区間での故障編成の押し上げや電動車1ユニットカット時の運転継続を考慮しているためである。主電動機は三菱電機製の95kW出力かご形三相誘導電動機で、初期車はMB-5068-A形またはB形（MT68形と同一品）を、2002年に増備された車両では騒音低減と保守低減を目的に一部構造を変更したMB-5068-C形（MT73形と同一品）が使用されている。ブレーキ装置は回生ブレーキ併用の電気指令式空気ブレーキで、T車遅れ込め制御を行い、直通予備ブレーキと耐雪ブレーキを有する。力行・常用ブレーキ指令ともに制御伝送装置を用いたデジタル指令による制御伝送を行っている。各機器は制御伝送装置によって管理されており、ソフトウェアはJR東日本の新系列車両と同じMON8形が使用されている。パンタグラフは4両編成時代のM1車は2基を搭載していたが、6両編成化または10両編成化後は1基が撤去されている。補助電源装置は210kVA出力静止形インバータを採用している。空気圧縮機はクノールブレムゼ社製のスクリュー式CPを搭載している。台車は川崎重工業製の軸梁式ボルスタレス台車を使用しており、動力台車はKW151形、付随台車はKW152形と称する。
乗務員室・運転台の配置は209系とほぼ同様である。マスコンハンドルは左手操作式を採用している。乗務員室背面仕切壁は運転席背後は非常救出口、中央に大窓、助手席側に仕切扉窓を配置する構造を採る。
客室内は川崎重工業製の209系をベースとしたもので、FRP製の内装材を主体に製作されている。内装はクリーム色の内装材に、妻面と袖仕切にはベージュ系の木目柄と209系とは異なる色調でまとめられた。座席モケットは碧緑色とし、座席端の袖仕切りの形状やドア間の座席に配置される握り棒の本数にも差異がある。車椅子スペースは先頭車の連結面側に設置している。209系ではステンレス無塗装仕上げであった客用側扉部分は化粧板仕上げとされ、ドアガラスは初期車では金属支持の押さえ金方式だが、2002年以降の増備車はJR標準タイプの接着式・ボンディング式に変更することでコストダウンと室内側のドアとガラス部の段差を解消させた。ドアエンジンは後の増備車も含めて209系1・2次車と同じ空気式が採用されている。また、車両間の貫通扉は電動車ユニット両端ではなく電動車ユニットの中間に設置されている。側窓は可視光透過率41%のグレーに着色された熱線吸収ガラスを使用しており、カーテンの設置を省略している。各客用ドア間の大窓は1枚の固定窓、車端部の小窓は開閉可能な下降窓構造となっていた。209系の車両故障事故の際、換気に問題があったことから、2006年8月より大型窓の開閉ができるように順次改造された。冷房装置は集中式の能力48.8kW（42,000kcal/h）装置を搭載している。2006年（平成18年）7月頃より、これまで車端部の3人掛け座席の一部にあった優先席を全車両に拡大するとともに、付近のつり革については「りんかい線」をイメージさせるスカイブルーのものに交換した（後にJR車と同様の黄色タイプに再交換されている）。さらに「携帯電話のマナー」についての注意書きステッカー（JRと同仕様）も貼り付けした。
車体は軽量ステンレス製を採用し、前頭部は丸みを帯びたFRP製カバーで覆う構造を採用し、モダンで暖かみのあるデザインをめざした。新造にあたっては「臨海副都心にふさわしい外観と室内デザイン」「乗客サービスの充実を図る」「保守の低減を図る」点を主要方針とした。車体構造は209系に準じた構造であるが、外板の厚さが209系のt=1.2mmに比べて0.3mm厚いt=1.5mmを確保した。外板仕上げは209系の全面つや消し（ダルフィニッシュ）仕上げに対し、本形式では幕板外板（上部）と腰板外板（下部）には光沢（ベルトグラインド）仕上げを採用している（それ以外はつや消し仕上げ）。車体側面には臨海副都心の海と緑地を表現した、「マリンブルー」と「ターコイズグリーン」のラインカラーを配しているほか、車両の前面と側面には「TWR」のロゴマークを配置した。
Arthur–Merlinプロトコルは、ArthurとMerlinがやりとりをして、与えられた問題を解く(受理する/拒否する)ようなプロトコルである。他の対話証明プロトコルと用語を合わせるため、以降、Arthurを検証者(Verifier)、Merlinを証明者(Prover)と呼ぶ。検証者は、確率的多項式時間で動く標準的なコンピュータであり、証明者は事実上無限の計算能力を持つオラクルである。ただし、証明者は質問に対し必ずしも正直に答えるわけではなく、検証者は回答をよく吟味しなければならない。このような状況下において、問題の答えが"Yes"ならば検証者が受理する確率が少なくとも2/3あり、答えが"No"ならば受理する確率が高々1/3となるようなプロトコルがArthur–Merlinプロトコルである。Arthur–Merlinプロトコルの特徴的な点は、検証者の使う乱数(コイン)は公開と設定される所にある。プロトコルでは、検証者からの「質問(クエリ)」は、自身が動作するために使用する乱数のみを送る。よって、無限の計算能力がある証明者は、回答を受け取った検証者がどのように振る舞うのかを完璧に知ることができる。使うコインを秘密にした対話証明であるIPと対比できるが、能力にほぼ差がないことが知られている。最初、どちらから情報を渡すかによって区別し、検証者から証明者への通信で始まるプロトコルをAMプロトコル、証明者から検証者への通信で始まるプロトコルをMAプロトコルと呼ぶ。通信がk回のAMプロトコルを持つ言語のクラス(あるいはMAプロトコルを持つ言語のクラス)をAM[k](あるいはMA[k])で表す。ただし、単にAM(あるいはMA)と言った場合、定数回moveのAM[const](あるいはMA[1])を表す。また、AM=AM[2]であることが知られているため、AMを2-moveのAMプロトコルを持つ言語のクラスとして扱うこともある。その他の複雑性クラスとの関係は、  であることが知られている。この内、分離(を示すこと)は難しく、逆の包含関係も証明されていない。一方で、AMとBP・NPの関係は、単なる定義の言い換えに留まらない。そもそもBabaiのAM導入の動機は、PとBPPの関係の如くNPを拡張できないかという点にあり、検証者が決定的に振る舞うNPに対して、AMは確率的に振る舞う。