東海道新幹線
東海道新幹線（とうかいどうしんかんせん）は、東京駅から新大阪駅までを結ぶ東海旅客鉄道（JR東海）の高速鉄道路線（新幹線）およびその列車である。
多くの列車が山陽新幹線に直通する運行体系がとられていることから、総称して「東海道・山陽新幹線（とうかいどう・さんようしんかんせん）」とも呼ばれる。
世界初の高速鉄道であり、日本の新幹線としては最古の歴史を持つ。
東海道新幹線の開業前、東西の大動脈である東海道本線は高度経済成長下で線路容量が逼迫しており、抜本的な輸送力増強を迫られていた。これに対し日本国有鉄道（国鉄）は、十河信二国鉄総裁と技師長の島秀雄の下、高速運転が可能な標準軌新線を建設することを決定。1959年（昭和34年）4月20日、新丹那トンネル熱海口で起工式を行って着工し、東京オリンピック開会直前の1964年（昭和39年）10月1日に開業した。計画段階では「東海道新線」と呼ばれていたが、開業時には「東海道新幹線」と命名された。「新幹線」という呼称は戦前に東京駅 - 下関駅間で計画された「弾丸列車」の内部呼称に由来するといわれている。なお、開業後に一等車（現在のグリーン車）のシートポケットに配置されていた訪日外国人旅行者向けの英語版リーフレットのタイトルは「Japan's　Bullet Train - 125mph」とあり、「Shinkansen」という言葉が国際的に定着する前は弾丸列車という言葉をそのまま直訳して使用していた。
1987年（昭和62年）4月1日の国鉄分割民営化により、JR東海が運営を継承した。西日本旅客鉄道（JR西日本）が継承した山陽新幹線とは相互乗り入れが行われており、東海道新幹線区間のみを走る列車にJR西日本所有の車両が使われることもある。
2018年（平成30年）3月現在、東京駅 - 新大阪駅間の所要時間は最速2時間22分、最高速度285km/hで運行されている。
東京、名古屋、大阪という日本の三大都市間を高速移動するための交通手段の一つであり、1日当り列車本数:365本、1日当り輸送人員:約45.2万人（年間輸送人員:約16,500万人）、年間収入:約12,119億円など、世界有数の輸送サービスを提供している鉄道路線である（数字はいずれも2016年度）。
大都市近郊区間について、東海道新幹線の東京駅 - 熱海駅間は東京近郊区間に含まれていない（在来線の東海道本線の同区間は含まれている）のに対し、米原駅 - 新大阪駅間は大阪近郊区間に含まれている。歴史的には、新幹線と在来線の同一区間は大都市近郊区間に含まれていたが、東日本旅客鉄道（JR東日本）が1999年（平成11年）に東京近郊区間を東海道本線（在来線）熱海までに拡大した際にJR東海は東海道新幹線東京駅 - 熱海駅間を東京近郊区間に含めなかった。
また、東海道新幹線は国鉄時代からの「線路名称」上では並行在来線である東海道本線の無名枝線（1982年までは無名枝線としての「線増」）という扱いであったが、国鉄分割民営化時に当時の運輸省に提出された事業基本計画や国土交通省監修『鉄道要覧』では東海道本線とは別の路線として掲載されている。
東海道本線が東京駅 - 神戸駅間の路線であるのに対し、東海道新幹線は山陽新幹線開通後も東京駅 - 新大阪駅間である。なお時刻表上では、山陽新幹線開通後は「新幹線」と表記されていたが、東北新幹線開通後は「東海道・山陽新幹線」と線名表記に戻っている。
◯は「のぞみ」の停車駅東京駅 - 岐阜羽島駅は新幹線鉄道事業本部の直轄、米原駅 - 新大阪駅はその下部組織にあたる関西支社の管轄である。各駅の構内配線およびホームの形式を表に示す。
原則すべての列車が停車し、通過列車のない駅では「2面4線」の構内配線が基本となる。すなわち、島式のホームを2面配置し、のりばは上下線にそれぞれ2箇所、計4箇所を設ける構造である。上下線ともそれぞれ2本の列車の同時停車ができ、相互の乗り換えが可能な配線である。
一方、通過列車のある駅では本線（通過線）に直接ホームを設けず、本線とは別に待避線を設置したうえでホームを設ける構造が基本である。これは、ホームでの利用客と高速で通過する列車の距離を確保し、風圧などによる事故を防ぐことを目的としている。この形式の大半は本線の外側に待避線とホームを設置し、のりばが2箇所となる「2面2線+通過線」を採用しているほか、上下線のいずれかにもう1線を追加する「2面3線+通過線」も米原駅と豊橋駅に、上下線ともに1線ずつ追加する「2面4線+通過線」も岐阜羽島駅に見られる。三島駅は本線の内側に待避線を設置したうえで島式のホームを設ける「1面2線+通過線」を採用。熱海駅は土地の制約条件などにより本線に直接ホームを設ける「2面2線」構造が採用されている。このうち、本線にホームが存在して通過列車が設定されている熱海駅と、2008年（平成20年）3月14日まで通過列車が設定されていた品川駅21・24番線と新横浜駅2・3番線は、通過列車による事故を防ぐ目的でホーム上にハーフハイト式ホームドア（可動式安全柵）を設け、小田原・三島・静岡・浜松・新大阪の各駅では転落防止柵を設置している。その後、全列車停車駅となる東京・名古屋・京都の全ホームと品川駅22・23番線・新横浜駅1・4番線にも、既存の転落防止柵に戸袋の一部を取り付ける改造が実施された。これらは後述の通り、東海道新幹線を走行する車両は16両編成に完全統一され、ドア位置も完全統一されていることから、ホームドアの設置も容易だったが、新大阪駅に限っては8両編成も停車するため、異なるドア位置にも対応したホームドアの開発が必要になったことから、2013年に設置された27番線以外は設置されていなかった。その後、開口部を大きくした新型の開発の目途が立ったため、2019年から全ホームに順次設置される予定である。
2015年4月現在、すべての定期旅客列車が停車する駅の概要を記す。この内、東京駅（起点）と新大阪駅（終点）は東海道新幹線開業以来の全列車停車駅である。また、品川駅、新横浜駅、名古屋駅、京都駅は過去に通過列車が存在したが現在は全列車停車駅である。
東海道新幹線では開業当時より1970年代中頃までは、駅名標は同線専用の独自様式のものが使用されていた。これは当時の在来線の駅名標と比較して横長となり、平仮名表記と前駅・次駅の表記を一切省略し、漢字と全大文字のローマ字の表記のみのものであった。
しかし、この独自仕様の駅名標は東北・上越新幹線以降の新幹線では採用されず（山陽新幹線で採用された同線の独自仕様の駅名標では平仮名表記こそ採用しなかったものの、東海道新幹線とは異なり、大きさは横長のものから国鉄標準のものとほぼ同様に変更となり、前駅・次駅の表記も自駅と同様に漢字+ローマ字で書かれていた）、東海道新幹線でも1970年代後半以降に急速に在来線および在来線の仕様とほぼ同じ仕様の駅名標を採用した東北・上越新幹線以降のものと同じ駅名標、つまり国鉄標準のものに交換され、漢字+ローマ字表記の独自仕様の駅名標は短期間で消滅した。その国鉄標準の駅名標も、1990年代前半以降に全駅がJR東海の新幹線用の仕様のものに再び取り替えられている。また、開業当時は在来線とは異なり、東海道新幹線の駅構内および列車内に広告を掲出することを一切制限していたが、これも駅名標交換と相前後した1977年頃より緩和されて駅への広告掲出が可能となった。
神奈川県では、新横浜駅と小田原駅の駅間距離が51.2kmと長いため、高座郡寒川町倉見付近に新駅（相模新駅）を誘致している。しかし、JR東海では列車本数や駅の位置、ダイヤ上の観点、葛西敬之会長が定例会見で「びわこ栗東（南びわ湖）を東海道新幹線最後の新駅とする」と発言したことから実現が難しいとしていたが、2010年（平成22年）6月2日JR東海は中央リニア新幹線の開業後、寒川町に新駅開設を検討していると明らかにした。
静岡県では、2009年（平成21年）6月4日に開港した静岡空港の空港連絡鉄道として直下を通る東海道新幹線を利用できるよう、同空港への新幹線新駅の建設を要望している。JR東海は、掛川駅との駅間距離が短すぎるほか、空港直下に駅を作るのは技術的に困難としている。しかし2013年（平成25年）9月23日、太田昭宏国土交通大臣は駅の設置について「本格的な検討をする」と発言している。また、同年12月にはリニア中央新幹線が開通するまでは、東京オリンピックと緊急時のみ営業する「臨時駅構想」を明らかにしている。しかしJR東海は新駅について、輸送力低下を理由に正式に否定している。
滋賀県では、駅間距離が最長である米原駅 - 京都駅間に南びわ湖駅が2006年（平成18年）6月に着工されたが、着工後、開業後の採算見込みが下方修正されたことや、同年に計画の凍結を唱える嘉田由紀子が滋賀県知事に就任したこと、また地方債の起債が差し止められたなどの要因で資金調達は困難を極め、2007年（平成19年）10月24日の新駅設置促進協議会の正副会長会議で滋賀県知事と栗東市長の協議が決裂したことから同月28日の同協議会総会で建設中止が正式に決定した。本線の盛り土構造を高架橋にする工事の必要性などにより建設コストが高く、工費圧縮のために地元から掛川方式による建設も提案されたが、JR東海により拒絶された経緯もある。
2014年7月10日、JR東海の柘植康英社長は大阪市内で開いた定例会見で「滋賀県内の新幹線新駅は整理が済んだ話。もう終わった」と述べ、新駅設置の可能性に極めて否定的な見解を示した。「栗東新駅（南びわ湖駅）の話があって工事を始めた後、滋賀県から建設のお断りがあり、やむなく整理した」と強調し、この新駅拒絶で滋賀県に不信感を持ったJR東海は、栗東以外の立地を含め、県側から今後、設置の打診があった場合でも原則応じる考えがないことを示唆した。
東海道新幹線における運行車両の変遷を以下に示す。
東海道新幹線開業以来使用されてきた営業車両について概説する。詳細については各車両記事を参照のこと。
1964年（昭和39年）の開業時に国鉄が投入した車両である。1986年（昭和61年）までの20年以上にわたって3,000両余りが製造された。このため、製造年度によって様々な仕様がある。登場時の最高速度は210km/hであった。1986年（昭和61年）11月1日のダイヤ改正から100系に合わせ220km/hに引き上げられた。
全電動車方式を採用し、普通車・グリーン車のほか、ビュフェと称する軽食サービスを行う車両を組み込み、12両編成で登場した。その後、1970年（昭和45年）の大阪万博輸送に対応するため16両編成が登場。1975年（昭和50年）には、山陽新幹線全線開業に合わせ、食堂車が組み込まれた。
晩年はもっぱら「こだま」に用いられ、指定席を一列4人掛けとするなどの車内改良が実施された。1999年（平成11年）に後継車両への置き換えに伴い東海道新幹線での営業運転を終了。
1985年（昭和60年）、長期にわたり製造され陳腐化した0系の置き換えを目的に、新幹線初のモデルチェンジ車両として登場した。国鉄および民営化で誕生したJR東海とJR西日本によって、1992年（平成4年）までに約1,000両が製造された。
営業運転速度はこれまでより10km/h速い220km/hにとどまったものの、モーターの出力増強・新しいブレーキの採用により、16両編成のうち4両を付随車（モーターを持たない車両）として製造コスト削減。車内もアコモデーションアップが図られ、座席間隔の拡大により3人掛け座席をはじめて回転可能としたほか、個室も設けられた。また、グリーン車や食堂車などに2階建車両を2両組み込んだことが大きな特徴であり、JR西日本では編成中4両を2階建車両とし、さらに230km/hへ高速化を図った「グランドひかり」編成も製造された。一方、JR東海では食堂車をやめて2階部分をグリーン席とし、階下をカフェテリア方式の売店とした車両に設計変更されて製造された。
1999年（平成11年）に700系が営業運転を開始した直後から廃車が始まり、東海道新幹線での営業運転終了は2003年（平成15年）。「のぞみ」の大増発に伴い、全列車の最高速度を270km/hに引き上げたための措置であった。
東海道新幹線の高速化を図るため、JR東海が開発した車両。最高速度は270km/hに引き上げられ、この車両とともに「のぞみ」が登場。東京駅 - 新大阪駅間を従来より約30分速い2時間30分で結び、大幅な時間短縮を達成した。JR東海のほかJR西日本でも製造され、1998年（平成10年）までにその数を約1,000両とした。
車体はこれまでの鋼製に代わりアルミニウム合金が採用されたほか、車内にも樹脂製部品が積極的に用いられ、徹底した軽量化が行われた。また、VVVFインバータ制御を用いた交流モーターを採用し、旧来の直流モーターに比べ小型化・高出力化が図られた。一方、利用の減少が続いていた食堂車や、軽量化・低重心化の障害となる2階建車両は組み込まず、普通車・グリーン車のみによる16両編成とした。この編成構成が、以後の東海道新幹線用車両の基本となった。
最高速度の向上により大幅な所要時間短縮を達成した300系であったが、後継車両の投入が相次いだことにより2001年（平成13年）には「のぞみ」の定期運用を外れた。その後は、「ひかり」「こだま」の運用が主となり、2007年（平成19年）にN700系の投入が始まると一部編成の廃車も始まった。そして、2012年（平成24年）3月には東海道・山陽新幹線での運用を終了し、全廃となった。
山陽新幹線のさらなる高速化を目的としてJR西日本が開発した車両であり、新幹線初の300km/h運転を達成した。1997年（平成9年）東京駅 - 博多駅間を直通する「のぞみ」として運用を開始し、新大阪駅 - 博多駅間の所要時間を300系より15分短い2時間17分とした。
300km/hという高速運転を実現するため、0系以来の全電動車編成とし出力を増強。空気抵抗や騒音の低減、高速運転に伴って生じるトンネルの爆音（トンネル微気圧波）への対策のため、車体は角を落とした円形断面として断面積を縮小したほか、先頭車は15mに及ぶロングノーズにキャノピー型の運転室を設けるなど、他の新幹線車両とは外観上も異なっているのが特徴である。16両編成9本、全144両が製造された。
東京駅 - 博多駅間を結ぶ「のぞみ」を中心に運用されてきたが、2007年（平成19年）より後継のN700系に徐々にその運用を譲り、2010年（平成22年）に300系より早く東海道新幹線での営業運転を終了し、8両に短縮の上で山陽新幹線の「こだま」主体の運用に転じた。
JR東海とJR西日本の共同開発により、1999年（平成11年）に営業運転を開始した車両。最高速度の低い0系や100系の置き換えを目的として製造された。
500系は山陽新幹線での300km/h運行を可能としたが、製造コストが高い、空力性能の重視によって車内空間に制約があるなどの課題を抱えていた。また、線形条件の劣る東海道新幹線においては300系と同等の270km/hに留まり、コストに見合った性能が発揮できなかった。そこで700系では費用対効果を重視し、東海道・山陽新幹線全体の底上げを図るとともに、乗り心地・快適性の改善に主眼が置かれた。最高速度は500系より若干抑えた285km/hとし、先頭形状はカモノハシに似た独特の形状が採用された。この形状は、車内空間への影響を最小限に留めつつトンネル微気圧波を抑制するものである。
「のぞみ」「ひかり」「こだま」用16両編成としてJR東海・JR西日本により1,200両が製造された。当初は「のぞみ」をメインに使われてきたが、2007年（平成19年）より後継のN700系に徐々にその運用を譲り、2010年（平成22年）に新大阪駅をまたぐ「のぞみ」の定期運用が終了、2017年には東海道新幹線内16両編成で運転される「ひかり」からも撤退（山陽新幹線内完結列車の1往復はそのまま）、現在では300系に代わり「こだま」での運用がメインとなっている。N700系の改良型であるN700Aが代替車として導入され、2013年（平成25年、C4編成はJR西日本へ譲渡する際の部品取り車として2011年に廃車）以降は初期編成から順に廃車が始まっている。東海道新幹線では2019年（平成31年）度末までにN700（A）系に置き換えられて全廃される予定である。
700系を基本に「最速・快適・環境への適合」をキーワードとして、さらなる性能向上を目指した車両。JR東海・JR西日本の共同開発により、2007年（平成19年）に営業運転を開始した。
軽量化、空力性能の改善およびモーター出力の増強により、500系以来となる山陽新幹線での300km/h運行を可能とした。東海道新幹線での最高速度は従来と同じ270km/hに留まるものの、加速性能の向上、新幹線初となる車体傾斜装置の導入により減速回数を少なくしたことで、所要時間の短縮を達成している。外観は700系に準じるが、エアロダブルウィングと称する先頭形状、空気抵抗を低減する連結部の全周ほろ、小さな窓、大型のフルカラーLEDによる行先表示などが特徴となっている。また、車内は全席禁煙とされた代わりに、喫煙者向けに喫煙ルームが設けられた。
500系・700系に代わり「のぞみ」への投入が続いており、2011年（平成23年）までに総数を約1,500両とする予定である。2011年5月、JR東海は改良型となるN700系1000番台（通称「N700A」、「A」は Advanced の略）を投入することを発表した（後述）。その後、JR東海・JR西日本両社により、N700Aの増備と初期車両のN700A相当への改造工事が進められており、2019年（平成31年）度末までにN700（A）系に統一される予定である。
2016年（平成28年）6月24日、N700系のさらなる進化を遂げた「N700S」（「S」は Supreme の略で「最高の」の意味）を発表。乗車定員の1323席すべてに電源コンセントが設置されるほか、地震発生時の停止距離が5%短縮され、異常時には車内防犯カメラの映像を総合指令所でも確認できるようにするなどの安全対策を強化している。また、先頭形状では空気抵抗やトンネルに入る際の騒音を減らすように改良されており、N700A系と比較して総重量の15トン軽量化や使用電力量の7%削減に努めている。2018年（平成30年）3月に試験車を登場させ、東京五輪が開催される2020年度を目途に量産車を投入して、営業運転を開始する予定。
以上の新幹線営業車両の諸元をまとめ、下表に示す。形式によって複数の仕様を持つものは、断りのない限り代表的な値を示した。増備中の形式の製造両数は括弧書きで記述。JR東海は、1989年（平成元年）の「こだま」の再16両編成化以来、すべての旅客列車を16両編成で運行している。また、300系以降に製造した車両については、1編成1323席（普通車1123席・グリーン車200席）に座席数および座席配置を統一している。2010年（平成22年）、JR西日本が開発した500系（1324席）が東海道新幹線での運行を終了したことにより、全列車の座席数および座席配置が完全に統一された。
ただし、N700系は全席禁煙であるため、700系の代走にN700系が充てられた場合には、喫煙席は禁煙席になるのでの喫煙時は、3・7・10・15号車にある喫煙室に移動する必要がある。逆に、N700系の代走に700系が充てられた場合には、車内で喫煙することはできない。
東海道新幹線車両のチャイムは1964年（昭和39年）の開業当初は在来線用の国鉄特急形電車と同様、鉄道唱歌が使われていた。その後、黛敏郎作曲のチャイムに変更され、1972年（昭和47年）からは4打点チャイムに変更された。
2003年（平成15年）11月24日からは、列車に関わらず、編成によって以下のチャイムが流れている。
車内で乗務員らが使用している列車無線を、アナログ方式からデジタル方式に変更した上でネットワークを構築し、高速走行時でも安定した接続を提供できるようにする。またデジタル化に伴い、運行状況など乗務員と指令員の間でやり取りしている情報のコンテンツや量を増やせるようになり、より安全で安定的な輸送が実現するという。さらに、車内の連絡手段にPHSを導入する。
乗務員同士の連絡、車内放送は300系、700系を含むすべての編成で、N700系が営業運転を開始した2007年（平成19年）夏から順次行えるようにしていく。3者間など車外との通話に使えるようになるのは2009年（平成21年）春以降。すべての体制を整えるのに概算で、車上関係が170億円、地上関係が180億円の計350億円の費用を見込む。
東海道新幹線を担当する運輸所は下記の5つの運輸所である。
開業以来規則的なパターンダイヤを導入しており、早朝・夜間・臨時列車を除き基本的に停車駅および運転区間は1時間前・後の同じ分の列車も同じ列車種別・停車駅・運転区間である。また発着駅を周期的に変更している場合もある。
2014年（平成26年）3月15日のダイヤ改正以来、1時間あたり最大で「のぞみ」10本・「ひかり」2本・「こだま」2本の計14本の列車が設定されているが、このうち「のぞみ」6本分のダイヤは主に臨時列車用である。
2016年度（平成28年度）現在、1日あたり365本もの列車を走らせるほどの過密ダイヤで、年末年始やお盆などの繁忙期には、1日430本近い列車を走らせている。また、2016年（平成28年）8月10日には定期列車と臨時列車合わせて過去最高の432本（座席数に換算して57.15万席）が運行された。
列車運行時間は、住民への騒音などの配慮や、保守工事を安全のため夜間に集中的に行うことから、6時から24時までとしていて、0時から6時までの間は営業運転を行わない。ただし、事故や気象状況（大雨・強風）などによるダイヤの乱れが発生した時は、運行時間延長の処置が取られることもあり、延長時間分は徐行による減速運転をする。また、2002年（平成14年）のFIFAワールドカップ日韓大会では、例外的に臨時列車による深夜運行が行われたが、それに関しても徐行による減速運転となった。
「のぞみ」のうち1時間あたり2 - 3本は東京駅から博多駅までの東海道・山陽新幹線全線を走破する。かつては500系「のぞみ」が同区間を最速4時間49分で結んでいた（品川駅・新神戸駅は通過）。その後、品川駅と新神戸駅が全列車停車駅となってからは、博多発東京行き最終のN700系「のぞみ64号」が博多駅 - 東京駅間を4時間50分で結んでいたが、東海道新幹線の最高速度が285km/hに引き上げられた2015年（平成27年）3月14日のダイヤ改正からは4時間47分、2017年（平成29年）3月4日のダイヤ改正以降は4時間46分で結んでいる。
「のぞみ」は、1992年（平成4年）3月14日の300系登場と同時に新しく設定された最速達タイプの列車で、本数は全体の約5割。種別色は黄色（）（電光掲示板ではオレンジ色（）で表示される場合あり）。当初は東海道新幹線のみで始発と終発の1日2往復であったが、翌1993年3月18日に山陽新幹線へ1時間に1本乗り入れを開始し、その後もダイヤ改正のたびに少しずつ増発された。2003年（平成15年）10月のダイヤ改正以降、「ひかり」に代わる東海道・山陽新幹線の主軸列車として位置付けられ、大幅に増発された。
品川駅・新横浜駅・名古屋駅・京都駅・新大阪駅には全列車が停車し、それ以外の駅には停車しない。また、当初は朝の下り列車で名古屋駅・京都駅に停車しない「のぞみ301号」が運行されていたが（「名古屋飛ばし」も参照）、1997年（平成9年）11月29日のダイヤ改正時に廃止された。他の列車は東京駅 - 名古屋駅間ノンストップだったが、その後新横浜駅に停車する列車も設定され、2003年（平成15年）10月1日の品川駅開業時のダイヤ改正ですべての列車が新横浜駅・品川駅のいずれかに、2008年（平成20年）3月15日のダイヤ改正で両駅ともに停車するようになった。
2010年（平成22年）3月13日のダイヤ改正以降、山陽新幹線に直通する定期列車はすべてN700系での運行となった。また2012年（平成24年）3月17日のダイヤ改正以降は、東海道新幹線内のみの列車も含めてすべての定期列車がN700系での運行となった（臨時列車には700系も使われる）。かつては300系・500系も使用されていた。
「ひかり」は、東海道新幹線開業時から存在する速達タイプの列車。新幹線の代名詞であり、「のぞみ」登場後も、東海道・山陽新幹線の主軸列車に位置付けられていたが、2003年（平成15年）10月の品川駅開業に伴うダイヤ改正以降、「のぞみ」の大増発と引き換えに本数が全体の約2割に削減され、「のぞみ」の補完的な存在となった。種別色は赤色（）。
のぞみ停車駅には必ず停車し、これに加えて熱海駅または三島駅・静岡駅・浜松駅に停車する列車と、小田原駅または豊橋駅・岐阜羽島駅・米原駅に停車（すなわち、名古屋駅 - 新大阪駅間は各駅停車）の列車がそれぞれ1時間あたり1本運行されており、前者が山陽新幹線 新大阪駅 - 岡山駅間に各駅停車で乗り入れており（早朝・夜間は一部変則停車あり）、後者は東海道新幹線内で完結する。2008年（平成20年）3月15日改正で行き先が入れ替わり、全列車が品川駅・新横浜駅の両駅に停車するようになった。
このほか、東京駅 - 名古屋駅間1日2往復、東京駅 - 広島駅間で1日1往復、新横浜発広島行き下り1本、名古屋発博多行き下り1本、名古屋発広島行き下り1本が運転されている。
1996年（平成8年）3月改正より一部列車が、2003年（平成15年）10月改正で全列車が270km/h運転となった。さらに2015年（平成27年）3月改正より下り列車1本が285km/h運転となっている。
車両は静岡駅・浜松駅に停車する列車は基本的に700系、両駅を通過する列車は全列車N700系が使用されていたが、2017年（平成29年）3月改正で全列車N700系に統一された。現在のところ臨時列車の設定が下り1本の「ひかり535号」（主に金曜日と休前日に運転）以外になく、その「ひかり535号」もN700系が使用されており、東海道新幹線で最初にN700系に統一された種別となっている。
「こだま」は、東海道新幹線開業時から存在する各駅停車タイプの列車。本数は全体の約3割。種別色は青色（）。
基本的に新大阪駅発着の列車と名古屋駅発着の列車がそれぞれ1時間あたり1本ずつ運転される。岐阜羽島駅・米原駅に停車する「ひかり」と合わせて、東京駅 - 新大阪駅間の全駅で1時間あたり2本が確保されている。朝晩は通勤・通学輸送や夜間滞泊のために、区間列車も運転されている。2003年（平成15年）10月改正で全列車の最高速度が220km/hから270km/hに引き上げられた。
車両は基本的に700系を使用するが、N700系を使う列車もある。平日のみ普通車が全車自由席の列車もある。車内販売は、2012年（平成24年）3月17日のダイヤ改正をもって全廃された。
東京・横浜・静岡・浜松・名古屋・京都・大阪という太平洋ベルト地帯の大都市を結ぶ路線のため、各種団体専用列車も多く運行される。東京駅 - 新大阪駅間最速列車の所要時間の推移を示す。後述の「歴史」の節もあわせて参照されたい。
東海道新幹線は短い工期で何とか開業にこぎつけたという経緯から路盤の安定を配慮し、開業後1年間は馴らし運転の意味合いで、東京駅と新大阪駅の間を「ひかり」では4時間、「こだま」では5時間で運転した。
開業翌年以降は「ひかり」が予定通りの3時間10分で運転。しばらくはこの状況が続いたが、1985年（昭和60年）以降は徐々に速度向上が図られていった。同年3月14日のダイヤ改正では「ひかり」の余裕時間見直しにより、1986年（昭和61年）11月には最高速度引き上げにより所要時間が短縮された。1988年（昭和63年）3月には東京21時00分発の新大阪行き最終列車「ひかり」、通称「シンデレラ・エクスプレス」が最速所要時間を塗り替えた。
1992年（平成4年）3月14日から最高速度270km/hの300系「のぞみ」が運転を開始し、東京駅 - 新大阪駅間を2時間30分で結んだ。その後も停車駅に品川駅・新横浜駅が増やされたが最速所要時間は変わらなかった。
2007年（平成19年）7月1日からN700系が運転開始。最高速度は変わらないが、高加速度・車体傾斜制御・新ATCなどを駆使し、東京駅 - 新大阪駅間を5分短縮した。
東京駅 - 名古屋駅間の歴代最短所要時間は2015年（平成27年）3月14日からの名古屋22時12分発上り東京行き最終「のぞみ」の1時間33分である。
車両の最高速度はより向上しているが、当区間での営業運転での最高速度が270km/h（山陽新幹線は300km/h）に抑えられているのは、その後に建設された新幹線各路線に比べ、曲率半径の小さなカーブ（半径2500m。東海道新幹線内での最も急なカーブは、品川 - 新横浜間で並走する横須賀線（品鶴線）の武蔵小杉駅付近に位置する最小曲線半径約500m。山陽新幹線以降は一部に規格外の曲線があるが、大半は半径4000mおよびそれ以上）が多く、これ以上最高速度のみを上げても到達時間短縮に大きな寄与がないためである。ただし、米原駅 - 京都駅間は高速走行が可能であり、試験では955形 (300X) が鉄軌道では日本国内最速の443.0km/hを樹立している。この区間は一部列車について330km/hでの営業運転の検討が始まっている。
2015年（平成27年）3月14日から、23年ぶりに最高速度を三島駅 - 新大阪駅間の一部区間で285km/hに引き上げた。これにより東京駅 - 新大阪駅間が2分から3分短縮された。対象は、N700AとN700系の改造車両を使った列車である。
積雪した線路を高速で走行すると、床下機器に付着した雪が固まって氷塊となり、これが剥がれ落ちる際にバラストを巻き上げることで車体や周辺の建築物などを壊すことがある。かといって融雪のために大量に水を撒くと、今度は土盛りの路盤が崩壊する恐れがある。建設時点ではこの問題が大きな障害となることは想定されておらず、積雪の多い関ヶ原付近でも一般的な土盛り構造・バラスト軌道を採用したため、十分な融雪を行うことができず、しばしば徐行や運転見合わせを強いられることとなった。
この教訓をもとに、山陽新幹線以降の各新幹線ではバラストを用いないスラブ軌道が主体となり、またバラスト軌道であっても上越新幹線越後湯沢駅構内のように、散水に対応した高架橋構造で建設している。
東海道新幹線は世界的に見てもダイヤに非常に正確な路線として知られる。毎日の各列車の遅延時分の統計をとっているが、1列車当たりの平均遅延時分は約0.6 - 1.5分（年間平均）である。ただし、季節ごとなどに見れば、前述のように冬は関ヶ原の積雪、夏は台風や豪雨などが遅延の原因となる。
基本的に単一路線であり、ダイヤが乱れやすい在来線との直通運転（山形新幹線・秋田新幹線のミニ新幹線）がなく、使用車両の差異が少ないことが大きく貢献している。在来線からの接続列車が遅れた場合も、新幹線側が発車を遅らせて乗り換え客を待つのは最終を除き最大5分程度を上限としており、列車本数の多い新幹線の定時運行を優先している（特に「のぞみ」は数分おきに運転されているため、次の列車がすぐ来る。逆に新幹線が遅れた場合、在来線の接続列車は15分程度までは待つことが多く、JR各社線以外の鉄道路線もその接続待ちを取ることも珍しくない）。
開業以来最悪の遅延記録は、2000年（平成12年）9月11日に名古屋を中心に起きた東海豪雨が原因のもの。名古屋市周辺では一部河川の警戒水位を越えるような降雨にもかかわらず「新幹線を運休させるわけにはいかない」と東京駅・新大阪駅から次々に発車させた。各列車は徐行と停止を繰り返し、東京駅 - 米原駅間だけで70本近くの列車を団子状態にしてしまい、5万人を超える乗客が長時間車内に閉じ込められ、列車ホテル状態で夜を明かす事態となった。翌12日昼過ぎになってもダイヤの混乱は収拾せず、博多発東京行き「のぞみ20号」は“22時間21分遅れ”で終点到着という新幹線史上最悪の遅延記録を作った。「もっと早く運転を中止すべきだった」と運行管理の不手際を各方面から問われ、運輸省（現在の国土交通省）がJR東海に事情説明を求める事態にも発展したが、当時の社長の葛西敬之は「あれは正常で適切な運行だった」と発言し、さらに非難を受けた（後日撤回し謝罪）。この件でJR東海は自社のウェブサイトに謝罪文を掲載しなかった。この時、新幹線で移動中であったプロ野球・読売ジャイアンツ選手団の一部も巻き込まれ、翌日の阪神甲子園球場での阪神タイガース戦が中止された。
近年では沿線上で運行障害が発生した場合、始発駅（山陽新幹線からの直通列車は新大阪駅）から列車の運転を見合わせる措置を取っているため、列車の大幅な遅延は見られなくなった。
10-2-2ダイヤ。2018年3月17日ダイヤ改正から現在までのダイヤパターンである。
この改正での大きな特徴は以下の通りである。
以下に示す時刻・運転区間などは昼間時間帯の平均的なパターンで、早朝・深夜は若干異なる。
凡例
2018年3月17日からのもの。
列車番号は定期列車が基本的に号数+A、季節臨時列車が3000+号数+A、予定臨時列車および設定臨時列車が6000+号数+A・7000+号数+A・9000+号数+Aである。
東京 - 新大阪間の臨時「のぞみ」に割り当てられている号数のうち、320号以降は九州新幹線内完結列車（新下関駅発着列車を含む）と重複している。また、「こだま」の810号台（2011年3月ダイヤでは810・812号のみ）も博多南線内完結列車と重複している。ただし九州新幹線内完結列車の列車番号には「5000+号数+A」、博多南線区間列車には「2000+号数+A」がそれぞれ与えられているため、列車番号の重複はない。
JR東海は、「安全」・「正確」・「高頻度」・「高速」の4つのイメージに加え、さらなる東海道新幹線ブランドにふさわしい接客サービスをめざし、2005年度より「ブランドクオリティーサービス運動」を展開している。
2006年（平成18年）6月23日付けの組織改正において、長期的な観点から東海道新幹線の抜本的強化策を本格的に検討するため、「東海道新幹線21世紀対策本部」を新設した。松本正之社長（当時）は、同本部を新設することになった経緯について、「当社の発足時に比べ、東海道新幹線の輸送人員や輸送力は約4割増加しており、その社会的な役割や機能は飛躍的に高まっている。それを恒久的に維持・発展させていくためには、長期的視野に立った抜本的な強化策を検討していく必要がある」と説明。さらに、「品川駅開業や全列車の270km/h化など、これまでも効果的な機能アップに成功してきた。今後も、次のステップへ向けて予断を持たずあらゆるものを検討し、自己の経営体力の範囲内で、できるだけのことをやっていく必要がある。利便性、サービス、輸送力の向上など、いろいろな角度からあらゆる可能性について検討していく」と述べている。
2007年（平成19年）4月26日、同年3月期決算発表の記者会見で松本社長は、同社が実現を目指している東海道新幹線のバイパスについて、「まずは2025年に首都圏 - 中京圏の間で営業運転を開始することを目標に検討していく」と表明した。山梨リニア実験線で実用化試験を進めている超電導磁気浮上式鉄道の導入を前提に、バイパス実現を図っていく方針でいる。東海道新幹線が、首都、中京、近畿の3大都市圏を結ぶ大動脈を担うということを大きな使命としており、その役割を果たしているその能力が限界に近付いていることから、東海道新幹線の役割を代替するバイパスの実現を目指している。そのバイパスの実現や運営については、「自らイニシアチブをとって実現を推進し、東海道新幹線と一元的に運営する」との立場を取っている。
現在、日本の重要インフラとしての役割を担っているこの新幹線は、JR東海の全収入の約85%を占め、会社そのものの根幹となっている。一方で、1987年の分割民営化時に国鉄から引き受けた3,191億円の債務、1991年（平成3年）に新幹線鉄道保有機構から引き受けた5兆900億円の債務は同社の経営を圧迫している。
2006年度の運輸収入は1兆430億円で、「愛・地球博」の開催された2005年度の1兆304億円を上回り、過去最高となった。また、旅客輸送人キロも444億8千7百万人キロに達し最高記録を更新した。この数字はJR発足直後の1987年度の1.39倍である。
JR東海は老朽施設の更新や東海地震への対策に向け、大規模補修費用を積み立てている。補修総額は1兆円近くになると試算されている。
2006年（平成18年）11月より、線路に脱線防止ガードを順次設置している。また、脱線防止ガード・逸脱防止ストッパ・土木構造物対策をそれぞれ工事費約380億円、2009年（平成21年）10月から2013年（平成25年）3月までの工期で行う。
2007年（平成19年）3月24日、「のぞみ155号」が静岡駅 - 掛川駅間の「牧の原トンネル」を走行中に、乗客の男性が非常用ドアコックを使用して扉を開け飛び降り自殺する事件が起き、列車上下25本が最大4時間41分遅れた。これを受けJR東海は6月27日、走行中に非常用ドアコックを使用できないように改良することを決定した。2007年（平成19年）6月から2010年（平成22年）3月に掛けて、約8.7億円を投じ、N700系10編成 (Z1 - Z10) と700系全60編成のドアコックを、5km/h以上ではロックされ扉が開けられないように改良した（N700系Z11編成以降は製造時から採用）。JR西日本所有車両についても500系以降に製造された車両（東海道区間に乗り入れないE編成・V編成を含む）から全検時に順次改良とし、その結果予定より約6か月前倒しして2009年（平成21年）9月末をもって終了した（N700系と700系の70編成分）。
利用者層は、出張や仕事で使う人の割合が多く全体の7割に上る。それゆえ各種サービスはビジネスマンを対象としたものが多い。日常利用としては三島駅から東京方面への通勤が多く、平日朝は上りの「こだま」を同駅より約10分おきに走らせている。
東海道・山陽新幹線には「エクスプレス予約」という年会費有料制のサービスがあり、これを使うと新幹線の指定席特急券を同じ区間の自由席特急券よりも安く買うことができる。携帯電話やパソコンなどを使って、指定席の予約や変更、取消を発車間際まで何度でも無料で行うことができる。こうして予約した特急券は「e特急券」と呼ばれていて、駅にある機械でエクスプレス予約に使用したカードを入れ、パスワードを入力するだけで簡単に発券できる（発車6分前まで）。サービスを受けるにはJR東海エクスプレス・カードまたはJ-WESTカード（エクスプレス）への入会（年会費1080円が別途必要）が必要である。
2008年（平成20年）3月からは、専用のICカードを用いて新幹線に乗車できる、「EX-ICサービス」が東海道新幹線区間に先行導入された（当時は個人会員専用）。その後2009年（平成21年）8月29日には、山陽新幹線区間への拡大導入、および法人会員向けのサービスが開始された。「JR東海エクスプレス・カード」については、JR東日本のモバイルSuicaに追加登録（またはモバイルSuica会員が、エクスプレス予約専用会員として事前に追加登録）することで、携帯電話一つで東海道・山陽新幹線の利用が可能となっている。
2007年（平成19年）7月から投入されたN700系車両では、席の下にコンセントが設けられて、移動中もパソコンを使うことができるようになったが、2009年（平成21年）3月からはインターネット接続サービスを開始した。乗客はNTTドコモのdocomo Wi-Fi、ソフトバンクテレコムのBBモバイルポイント、UQコミュニケーションズのUQ Wi-Fi、NTT東日本のフレッツ・スポット（2010年6月より、NTT-BPとのローミング対応。2013年8月からはNTT西日本契約でのフレッツ・スポット加入者も利用可）の4つの公衆無線LANサービスが利用できる（提携事業者のサービスも含むが、KDDIのau Wi-Fi SPOT加入者は利用不可。また、利用にはそれぞれの利用契約が必要）。2013年7月31日まではNTTコミュニケーションズのホットスポットも使用可能だった。漏洩同軸ケーブル（LCX）による通信で、通信速度は1編成あたり最大約2Mbps（理論値）を、複数の利用者でシェアする形となる。
2014年6月1日からN700Aの一部編成で、車内無線LANサービスを使った無料動画・ニュース・電子書籍配信サービス「N700コンテンツラウンジ」の実証実験を始めた。車内に設置したサーバーからコンテンツを配信する仕組みである。
2018年7月25日からは、東海道・山陽・九州新幹線共通の車内無料公衆無線LANサービス「Shinkansen Free Wi-Fi」が順次導入されている。これは従来のLCXで提供しているサービスと異なり、携帯電話の電波を使用して接続する形となっている。
このほか、従来はのぞみ停車駅に限られていたコンコース待合室の無線LANアクセスポイントを東京駅 - 新大阪駅間の全駅に拡大している。
「のぞみ」・「ひかり」の普通車ではNHKラジオ第一のラジオ放送をFMに変換して再送信するサービスを実施している。パナソニックやソニー製のデジタル選局式通勤ラジオにはエリアモードに「JR新幹線」の項目があり、それに合わせると新幹線内で放送されているFMラジオを聴取可能になっている。また、グリーン車では座席にオーディオ操作パネルを搭載し、そこに市販のイヤホンを接続して聴取できるようになっていたが、2013年3月16日のダイヤ改正でオーディオサービスを廃止した以降はオーディオ操作パネルを撤去したため、普通車と同じ方法で聴取するようになっている。なお、走行中の地域によって放送局が異なる。
前記のダイヤ改正前は、このほかオリジナル番組が4チャンネル放送され、番組は約2か月ごとにプログラムが更新されていた。JR東海所属車かJR西日本所属車でチャンネルごとの内容は異なっていた。同改正でオリジナル番組が廃止されて、NHKラジオ第一放送の再送信のみになっている。
国土交通省の2005年発表の統計資料では、「最近10年間の公共交通機関の旅客輸送の動向」として中長距離の輸送の具体例として東京 - 大阪間の旅客輸送人数等の推移についての分析を行っている。
これによると、鉄道（≒東海道新幹線）・航空・高速バスのシェアの推移を調べたところ、1994年度（平成6年度）には鉄道：航空：高速バスの比率が82.9% : 15.6% : 1.4% だったものが、2003年度（平成15年度）にはその比率が64.6% : 32.3% : 3.0% に変化し、航空機が大きくシェアを伸ばしていることがわかる。この要因として、国土交通省の資料では1994年の関西国際空港開港に伴う便数の増加や1998年に開始された京浜急行電鉄空港線の東京国際空港直下駅（羽田空港国内線ターミナル駅）への乗り入れなどによる所要時間の短縮などの利便性の向上、さらには規制緩和に伴う事前購入運賃やシャトル便往復割引などの運賃の多様化による航空運賃水準の低下を指摘している。また、高速バスについてはその低廉性が他の輸送機関からのシフトだけでなく、従来の航空、新幹線の運賃では利用しなかった新たな旅客の掘り起こしにつながって利用者数を増やしているとしている。一方で、東海道新幹線も2003年の品川駅開業・のぞみ増発などによる利便性向上策により乗車人数そのものは増えており、結果として東京 - 大阪間を含めた中長距離帯の公共交通機関の輸送人数そのものの増加につながっていると指摘している。運賃は営業キロに基づいて算出する。東京 - 新大阪間の営業キロは、並行する東海道本線のそれと同一になっている。
特急料金は、「三角表」と称するものにより各駅間個別に定められている。一方、この各駅間の特急料金は当該区間の営業キロに基づいて算出されたものである。営業キロに対応する特急料金およびその他の特定の区間の特急料金は以下の通り。
当路線の区間には様々な特別企画乗車券（トクトクきっぷ）が発売されている。
「のぞみ」を含む全列車の普通車指定席が利用できる20枚綴りの回数券である。2003年9月いっぱいで廃止（利用停止）された「新幹線エコノミーきっぷ」を代替する形で、2003年の夏から発売開始された。多客期の利用・利用区間の変更・途中下車・乗継割引は不可。片道あたりの値段は13,620円、普通車自由席を利用した場合と同じで「エクスプレス予約」の方が安い。
2014年10月1日より「のぞみ指定席回数券」と統合する形で、「新幹線回数券」に改訂された。
名古屋駅 - 新大阪駅間で「のぞみ」「ひかり」「こだま」の普通車自由席が利用できる往復タイプの割引きっぷ。乗車日の1か月前 - 1週間前に発売。3日間有効。「新幹線エコノミーきっぷ」の廃止に伴い2003年から登場した枚数限定の片道割引きっぷ「ひかり・こだま自由席用早特きっぷ」に代わって2013年10月から発売開始された。名古屋駅 - 豊橋駅間で「ひかり」「こだま」の普通車自由席が利用できる往復割引きっぷである。乗車日当日のみ発売され、有効期限は1日間。在来線用の割引往復きっぷとあわせて、併走する名鉄特急に対抗するための切り札な料金サービスとなっている。割引率は東海道新幹線のトクトクきっぷとしては非常に高く、特に豊橋駅 - 名古屋駅間で土休日用を利用した場合、片道あたり1,160円で、在来線片道運賃（1,320円）よりも安い。また土休日に本長篠駅 - 新守山駅間（通常往復5,840円）でこのきっぷを使った場合、割引率は58.6%にも達する。ただし、設定された区間からの乗り越しは出来ない（その場合、発駅からの正規運賃が請求される）。のぞみJ回数券（のぞみJかいすうけん）は、2013年10月31日まで発売されていた東京（都区内）⇔三河安城・安城間を利用できる特別企画乗車券（回数券）である。東京駅 - 名古屋駅間は「のぞみ」の普通車指定席・グリーン車と、名古屋駅 - 三河安城駅間の「こだま」普通車自由席もしくは、名古屋駅 - 安城駅・三河安城間の普通・快速列車が利用可能。名古屋駅でアルファベットの「J」のように折り返すことができるのが、この回数券の特徴である。多客期の利用、途中下車は不可。6枚綴り。
1枚当たりの値段（発売終了時点）
岐阜新幹線スーパー回数券（ぎふしんかんせんスーパーかいすうけん）は、東京（都区内）⇔岐阜・岐阜羽島間を利用できる特別企画乗車券である。東京駅・品川駅 - 名古屋駅・岐阜羽島駅間の普通車指定席と名古屋駅 - 岐阜駅間の普通・快速列車が利用可能。名古屋で「のぞみ」と「ひかり」「こだま」を乗り継ぐこともできる。6枚綴りで多客期は利用できない。有効期限は3か月。
片道1人当たりの値段と通常料金との比較
東京往復割引きっぷ（とうきょうおうふくわりびききっぷ）には、北陸地方向けと山陰地方向けの2種類がある。
北陸地区発は、北陸本線の敦賀駅 - 金沢駅間の主要駅⇔東京（都区内）間の往復に利用できる特別企画乗車券である。米原経由の場合、北陸線の特急列車と「のぞみ」以外の新幹線列車のグリーン車・普通車指定席を利用でき、主に特急「しらさぎ」と「ひかり」の組み合わせに焦点を当てたものである。有効期間は7日間。多客期の利用はできない。
山陰地区発は、山陰本線の鳥取駅 - 出雲市駅間の主要駅⇔東京（都区内）間の往復に利用できる。特急「スーパーはくと」または「やくも」+「のぞみ」を含む新幹線の組み合わせに焦点を当てているが、寝台特急「サンライズ出雲・瀬戸」など他にも選択可能な乗車方法がある。有効期間は出発駅によって異なる。グリーン車用の設定はなく、多客期は利用できない。
東京新幹線回数券（とうきょうしんかんせんかいすうけん）は、和歌山 - 東京（都区内）間を利用できる特別企画乗車券である。和歌山駅 - 新大阪駅間は特急列車の普通車自由席、新大阪駅 - 東京駅間は新幹線全列車のグリーン車・普通車指定席を利用できる。6枚綴りで有効期限は3か月、多客期の利用は不可。和歌山からは新大阪駅よりも関西国際空港の方が近いこともあり、若干高めの割引率になっている。
片道1人当たりの値段
※通常の値段は通常期にのぞみ指定席を利用した場合。乗継割引を使用
過去に発売されていた回数券で、「ひかり」「こだま」を利用することができた。2003年10月のダイヤ改正で「のぞみ」が大増発されたことにより廃止（利用停止）された。多客期は利用不可で、有効期限は3か月。ヘビーユーザーを中心に人気があり、金券ショップでもバラ売りされていた。また、追加料金を払うことにより「のぞみ」にも乗車できる設定区間もあった。
新幹線通勤のために発行される普通車自由席用の定期券として、特別企画乗車券の一つとして「FREX」（フレックス）が発行されている。また、通学用の「FREXパル」も発行されている。どちらも有効期間が1か月と3か月の2種類が販売されている。基本的には新幹線利用区間が営業キロで200km以内の区間で設定されているが（静岡駅 - 名古屋駅、名古屋駅 - 新大阪駅など）、東京駅・品川駅・新横浜駅の各駅では例外的に浜松駅までのFREX・FREXパルが設定されている。東海道新幹線では東京駅 - 浜松駅間の定期券が最も高額で、1か月有効のFREXで184,980円となっている。また、FREX区間の前後に在来線利用区間を挟んだ設定も可能であり（例：新橋駅 - 品川駅 - 熱海駅 - 伊東駅（新幹線区間は品川駅 - 熱海駅間のみ）、FREX区間に平行する在来線（東海道本線）区間も利用できる。
FREXは国鉄末期の1983年（昭和58年）1月31日に発売が開始され、1986年（昭和61年）にはFREXパルも発売された。当初は高額のため利用が低迷していたが、1980年代後半のバブル景気に伴う地価の高騰、およびそれを背景として1989年（平成元年）の税制改正（消費税導入時）で実施された企業による従業員通勤手当支給の上限額引き上げにより、地価の安い神奈川県西部や静岡県内で購入した自宅から東京都心部へ通勤する乗客が増え、FREXの利用は急増した。その後、景気の低迷により地価が下落し、企業が従業員の遠距離通勤を再び制限する傾向が生まれたともされるが、三島駅（「こだま」利用）や静岡駅（「ひかり」利用）で東京駅まで約1時間で通勤可能で、在来線の列車と異なり300系や700系での着席による通勤の快適性が高いことなどから、新幹線通勤の需要は増している。それに合わせ、JR東海は特に朝の通勤時間帯（7 - 8時台）に東京駅へ到着する上り列車の増発を進めた。東海道新幹線では1980年代から「ひかり」や「のぞみ」への転換により「こだま」の本数削減が続いているが、この時間帯では例外的に増発されている。
一方、この他の区間や方向では、新幹線通勤者の絶対数が東京に比べて少ないこともあり、東京ほどの明確な通勤輸送体制は取られていない。名古屋駅や京都駅・新大阪駅などへの下り方面では、8時台には新大阪駅に品川・東京始発の「のぞみ」が到着する制約もあり、静岡・名古屋始発の新大阪行き「こだま」3本を普通車全車自由席（土曜・休日は普通車の一部が指定席化）に設定するなどの対応は行っているものの、本数自体は他の時間帯との違いはない。また、新大阪駅から名古屋駅への上りでは、通勤時間帯の列車がそのまま東京駅まで運転されるため、「ひかり」1本を米原駅と岐阜羽島駅に停車させて名古屋駅8時台到着の両駅停車列車を3本に増強する程度の対応にとどまっている。
この項目では特急料金が払い戻されない2時間以下の単純な運行障害、および列車ホテルが設定されなかった遅延情報は取り扱わない。y-zダイヤとは、片道1時間当たり最大「ひかり」y本・「こだま」z本、x-y-zダイヤとは同様に、「のぞみ」x本・「ひかり」y本・「こだま」z本運行することを意味する。インフラ面においては、新大阪駅の引き上げ線増設（2014年3月15日ダイヤ改正以降使用開始）などの改良工事が計画・実施されており、輸送基盤を強化している。新大阪駅の改良工事の完了後は、東海道新幹線で1時間あたり最大10本の「のぞみ」が運転可能となった。
車両運用面においては、2010年（平成22年）の春のダイヤ改正で山陽新幹線直通の「のぞみ」がすべてN700系で運転されるようになったが、これに加え、JR東海の葛西敬之会長が東京都内で行われた講演において、その他の車両の置き換えも逐次進めて使用車両をN700系と700系に統一させる考えを示すとともに、N700系で運転される列車については当時270km/hであった最高速度を京都駅 - 米原駅間は330km/hに、半径2500mの曲線区間では280km/hに、そのほかの区間は山陽新幹線と同じ300km/hにそれぞれ引き上げる目標があることを明らかにした。米原駅 - 京都駅間の直線が長い一部区間を対象に、N700系の「のぞみ」を330km/hで営業運転することを検討している。2009年（平成21年）11月16日には、JR東海主催の「高速鉄道シンポジウム」に参加した各国の政府関係者が乗車した試験列車の米原駅 - 京都駅間で、330km/h運転が行われた。
2014年2月27日、JR東海の山田佳臣社長が本社で開催した定例記者会見において、2015年春にも「のぞみ」の一部列車で最高速度を285km/hに向上することを発表した。
2011年（平成23年）5月、JR東海は700系の老朽取り換え用として、N700系の改良型となるN700系1000番台（通称「N700A」、「A」は Advanced の略）を投入することを発表した。車軸のブレーキディスクのボルトを内周締結式から中央締結式に変更し、台車振動検知システム、定速走行装置を搭載する。2012年（平成24年）度に6編成、2013年（平成25年）度に7編成の計13編成を投入して700系を置き換える計画で、概算費用は約660億円。2013年2月8日から6編成が運用を開始している。なお、2013年2月には約880億円を投じて「N700A」を2014年（平成26年）度から2016年（平成28年）度にかけてさらに18編成追加投入することを発表している。編成記号は「G」。
2012年（平成24年）4月には、JR東海が保有するN700系（Z編成）の80編成すべてを改造すると発表した。改造内容はブレーキディスクボルトの中央締結式への変更および定速走行装置の搭載で、N700Aに採用する機能の一部を反映させて東海道新幹線の更なる安定輸送を実現させる計画である。2013年（平成25年）度から2015年（平成27年）度にかけて各編成の全般検査時に浜松工場で行う計画で、概算費用は約230億円。2013年（平成25年）4月の発表では、2013年（平成25年）度に32編成、2014年（平成26年）度に37編成、2015年（平成27年）度に11編成の改造が行われる予定。なお改造車については、製造番号が2000番台（改造前の製造番号 + 2000）に、編成記号が「Z」から「X」にそれぞれ変更され、車体側面の「N700」ロゴに「A」の文字が付け加えられている。
またJR西日本でも、「N700A」（N700系4000番台）を2013年（平成25年）12月頃に1編成投入するほか、同社が保有するN700系3000番台（N編成）の16編成すべてに対して上記と同様の改造を2013年（平成25年）度から2015年（平成27年）度にかけて博多総合車両所で行うことを2012年（平成24年）12月21日に発表した。新造「N700A」の編成記号は「F」の予定で、2013年10月より登場している改造車については、製造番号が5000番台（改造前の製造番号 + 2000）に、編成記号が「N」から「K」にそれぞれ変更され、車体側面の「N700」ロゴに「A」の文字が付け加えられている。
2012年（平成24年）12月6日には、JR東海が「のぞみ」停車駅を対象にホームドアを増設することを発表した。従来より簡素化したパイプ柵のものが導入される予定である。新大阪駅の20 - 26番線には大開口ホームドアが2018年から2022年にかけて設置される。
2014年（平成26年）2月28日には、2015年（平成27年）春を予定時期とした、N700系およびN700Aにて最高速度285km/hでの営業運転の認可申請を国土交通省に行ったと発表した。
2015年10月22日に、JR東海は2019年（平成31年）度末までに東海道新幹線の全編成をN700（A）系に置き換える計画を発表した（JR西日本が保有し東海道新幹線にも運用する700系C・B編成の2017年度以降の置き換えについては、この時点では未発表であったが、その後、2016年12月21日にJR西日本が2017 - 2019年度にかけ、N700（A）系への統一のため、N700系4000番台15編成の導入を発表した）。
さらに、JR東海は2020年度を目処に、N700A系の後継車両を投入する事を発表している。その大きな特徴は「低発熱の次世代半導体を利用しての冷却機構の簡素化と、それに伴う駆動系の軽量化による更なる省エネ化」である。
また、2010年12月8日、中央新幹線のルート計画から外れる横浜市、京都市、そして中央新幹線自体が通る計画すら無い神戸市の各周辺の利用者に考慮し、JR東海山田佳臣社長（現・会長）が、前年の葛西敬之会長（当時）の発言とは一転して、中央新幹線全線開業後も東海道新幹線の「のぞみ」を残す考えを示した。
2018年5月30日には乗り心地向上のために「次期軌道状態監視システム」を開発することが発表された。2018年6月からN700S系確認試験車で走行試験をする計画である。
1964年（昭和39年）10月1日の開業初日に、上り初列車のひかり2号（新大阪午前6時発）では、乗客がビュッフェ車にあった速度計の周辺に集まったり、車掌に200km/h運転はいつするのかとの問い合わせが相次いだ。このため、担当運転士は乗客や建設・開発の携わった人々の期待に応えようと、直線区間では最高速度210km/hで連続運転した。しかし開業当時は相当に余裕のあるダイヤだったため（所定の最高速度は160km/h。210km/hは運転士の裁量で許される上限）、新横浜駅を所定より5分も早く通過してしまった。終点の東京には定刻通りの到着を命じられていたため、現在の品川駅付近 - 東京駅間では山手線に抜かされてしまうほど速度を低くしなければならなかったという逸話が残っている。
また初日に起きたアクシデントとしては、ひかり6号が名古屋駅についた際ドアが閉まらず10分遅れになったり、ひかり14号が鳥飼の車両基地を出た際にパンタグラフの不具合が発生し新大阪駅の出発が20分遅れたなどがある。
開業にあわせて、各レコード会社から東海道新幹線を歌った楽曲が発表された。『朝日新聞』の記事で紹介されている曲目を以下に記す（レコード会社5社の計8曲）。
静岡県田方郡函南町には「新幹線」という地名が存在する。これは戦後の新幹線計画からの地名でなく、戦前の弾丸列車計画時代に新丹那トンネルの工事を行うための従業員宿舎が置かれた場所である。工事終了後、従業員宿舎は撤去されたが、その後同地に住宅団地が作られ「新幹線」という地区が生まれることとなった。同地区には新幹線公民館や「幹線上」「幹線下」という名のバス停も存在する。
東京都国分寺市の鉄道総合技術研究所のある場所の地名は「光町」である。新幹線開発を記念し、東海道新幹線の列車愛称「ひかり」から付けられたという。
一般には大野伴睦による政治駅であり、この位置に駅を作るためにルートを曲げたとまで言われるが、実際は地元自治体から要請されていた岐阜県の県都・岐阜市を通ると大きく迂回することとなるため、国鉄側は難色を示し、妥協案として大野の仲介で岐阜羽島駅を作ることが決まったというのが真相である。
当初は京都駅を経由せず、京都府南部を通過して大阪へ向かうルート、および京都府内に設置する新駅には「超特急（後の「ひかり」）」は停車しないことが計画されていたが、京都市議会や地元財界などの猛烈な巻き返しにより、現在のルートへ計画を変更し、京都駅を「ひかり」停車駅に追加した経緯があった。
京都駅 - 新大阪駅間の一部で、東海道新幹線は阪急電鉄（新幹線開業当時は京阪神急行電鉄）京都本線 大山崎駅 - 水無瀬駅 - 上牧駅間と高架で並行している。新幹線の建設に際し、元は地上区間だった阪急線の東側にほぼ並行して新幹線の高架を建設することになったが、淀川沿いで脆弱な地盤ということもあり、工事の影響で阪急線が地盤沈下する可能性があった（高速運転を行っていた阪急側が、高架側から踏切に進入する人や車の見通しが悪くなることを嫌ったという理由を示した本もある）。そのため、阪急線の高架化工事も同時に施工し、並行させることになった。
その過程で、東海道新幹線の開業前の1963年（昭和38年）4月から12月の間（大阪梅田方面は4月24日から12月14日まで、京都河原町方面は5月10日から12月19日まで）、先に完成していた東海道新幹線の高架線路を阪急線工事中の仮線として用いて、仮設の駅ホームも設置して暫定的に阪急の車両を走らせていた。これは阪急電鉄の路線が、新幹線と同様の標準軌だからこそ成し得たことであった。
よって新幹線の「線路」を走った初の営業列車は、阪急京都本線の列車ということになる。参考までに当時この区間を走行した車両のうち、阪急2300系電車は2015年3月下旬に全車引退するまで、最後まで残った「新幹線の線路を走った阪急電車」であった。
この時期に同線に乗車した川島令三の証言によれば、初期のうちは地盤が固まっていないため減速運転を行っていたものの、後期になると京都本線の最高速度である110km/hで走行するようになったとされている。
その後、阪急線用の高架線路も完成したことから、それぞれの線路は本来の目的に使われるようになった。
山陽新幹線の博多開業時には、それまでのビュフェ車に加えて食堂車が導入されることとなった。食堂利用客と車内通過客との分離を図る観点から仕切り壁によって山側に通路を設けることとなったが、当初は仕切り壁に窓が設置されていなかった。このため、1974年（昭和49年）9月5日に行われた導入発表時の記者会見でも記者から「食堂車からは富士山が見えないのでは？」との質問が出たが、これに対して「多分、少しは見えるはずです」と回答したため、「見える・見えない」と論争となった。
その後、博多開業直前の1975年（昭和50年）1月20日 - 1月23日に行われた直通運転試運転で同乗した記者陣が安倍川鉄橋付近で視認するという一幕があり、わずかながらでも海側から富士山が見られる（車窓に張り付いて東京寄り先頭車の先に見るというかなり苦しい状態で、在来線の東海道本線のように左右に移り変わるというものではない。見られるのは2分間ほどであるうえ、東京に向かって座っていないとかなり見づらい）ことが確認されたが、開業後には利用者から「車窓から富士山が見えない」というクレームが相次いだため、1979年（昭和54年）から仕切り壁に窓を設置する改造（通称「マウント富士」）が行われた。しかしながら、実際には富士山より食堂車で食事をするために並ぶ人々の列のほうが目立ってしまったという。
2008年（平成20年）9月18日より、東京駅の14・15番線ホームにおいて、2003年（平成15年）11月まで使われていた「のぞみ」の始発駅・終着駅到着前の車内チャイムを発車メロディとして試験導入した。313系電車・キハ25系気動車などの車外メロディを除けば、JR東海管轄駅では初にして唯一の発車メロディ導入となる。これは駆け込み乗車の防止を狙ったものであり、従来の電子ベル使用時と比較し一定の効果を上げた。2008年中に、東京駅東海道新幹線のすべてのホームの発車ベルが、この発車メロディに切り替えられた。ただし、東京駅以外の駅には在来線も含めて導入されておらず、JR西日本が山陽新幹線全列車停車駅に導入した発車メロディも、JR東海管轄の新大阪駅のみ導入が除外されている。
東海道新幹線の建設費を捻出するため、国鉄は世界銀行から8000万ドル（当時は1ドル=360円の固定相場制）の融資を受けているが、これと平行して、東京 - 大阪間を5時間半で結ぶ「貨物新幹線」の運行構想が計画当初から存在した。しかしインフレーションの影響で、費用が当初の二倍近くに膨れ上がったことを理由に、国鉄は用地の買収と一部の工事を実施した後、計画自体を断念した。
300系による270km/h運転の開始から間もない1993年4月4日、「のぞみ304号」が岐阜羽島駅通過時にバラストを跳ね上げ、上りホームにいた乗客に当たり負傷させる事故が発生した。更に4月30日には豊橋駅通過時にもバラストが乗客に当たりけが人が発生。これに抗議して一部の組合がバラスト跳ね上げ防止ネットの取り付けなどを要求し、「のぞみ」の駅通過時の速度を270km/hから以前と同じ220km/hに減速して運転を行った。JR東海側はこれをサボタージュであると位置づけ、バラスト飛散防止処理を行った上で問題の組合員運転士を勤務から外し、賃金をカットした。この件は組合側から不当労働行為であると裁判が起こされたが、最高裁判所まで争われた結果JR東海側が勝訴した。
国鉄の分割民営化後、東海道新幹線がJR東海の重要な収益源となったこともあり、JR東海は全国向けに『シンデレラ・エクスプレス』をはじめとする「エクスプレス」シリーズとして東海道新幹線のイメージ広告を展開した。1987年から1992年までの間に以下のシリーズが作成されている。各CMの詳細はそれぞれの項目を参照。
また、2003年（平成15年）の品川駅開業時には『AMBITIOUS JAPAN!』と銘打って久々に全国的キャンペーンを展開。車内チャイムの変更やJR東海所有の700系の先頭車にキャンペーンロゴを掲出するなど、メディアにとどまらない広告戦略がとられた。
東海道新幹線が主な舞台となった作品も複数制作・放送されている。東海道新幹線が開業した当初のダイヤで、1-1ダイヤ、1-1パターンダイヤと呼ぶ。当時、長距離を走る特急列車へのパターンダイヤ導入は、日本はもとより、世界でもほとんど例がなかった。
上下とも浜松駅で「こだま」が「ひかり」を待避するダイヤとなっている。1日の総列車本数は60本（30往復）で、その内訳は以下のとおりである。
暫定2-2ダイヤ。「ひかり」・「こだま」とも毎時2本に増発される。「こだま」の「ひかり」待避回数が暫定的に2回となり、両列車の停車駅が完全に固定されていた時代としては珍しく、待避箇所が上下で異なったダイヤとなった（下り新大阪行は静岡駅と米原駅で、上り東京行は浜松駅と小田原駅で実施）。ただし、東京駅、新大阪駅発車の時刻は同年11月1日からの正式な2-2ダイヤと同じである。1日の総列車本数は86本（43往復）で、ひかりが12本、こだまが14本増発された。
この暫定2-2ダイヤはわずか31日間のみ使用された、新幹線史上最短の正式なダイヤグラムであった。2-2ダイヤ。毎時4本に増発。暫定2-2ダイヤをさらに強化させ、「ひかり」の所要時間を4時間から3時間10分に短縮。「こだま」の待避回数を1回に戻した上で待避実施駅を上下とも静岡駅のみに統一し、所要時間を5時間から4時間に短縮。また2-2ダイヤのパターン外および不定期列車扱いながらも、東京駅 - 熱海駅（回送で三島信号場）間で運転の区間「こだま」が設定された。1日の総列車本数は不定期列車を除き110本（55往復）。3-3ダイヤ。7 - 8時台と17 - 18時台は「ひかり」・「こだま」がともに20分間隔。それ以外は従来の2-2ダイヤ（30分間隔）で運転。同改正より、ダイヤを平日用と休日用の二本立てとする。
上下とも静岡駅と岐阜羽島駅で「こだま」が「ひかり」を待避。
1969年4月25日実施の三島信号場からの昇格による三島駅開業により、こだまの東京駅 - 新大阪駅間の所要時間が10分延び、4時間10分になる。「こだま」の東京駅の発車時刻を10分早め（05, 25, 45分→55, 15, 35分）新横浜駅で後続の「ひかり」を待避する様に変更。三島駅以西のダイヤは変更なし。また熱海駅発着の「こだま」を全列車三島駅発着に変更した（ただし三島信号場時代より同駅折返しであったため運転区間自体は不変）。3-6ダイヤ。こだまが1時間あたり3本から6本に倍増。
東京駅を10,30,50分に発車する「こだま」は小田原駅、静岡駅、岐阜羽島駅で、15,35,55分に発車する「こだま」は新横浜駅、三島駅、豊橋駅で「ひかり」を待避する。4-4ダイヤ。「ひかり」・「こだま」とも15分間隔となる。山陽新幹線が岡山まで開業し、1時間当たり「ひかり」3本が山陽新幹線へ直通する。
「こだま」は最大毎時6本から毎時4本に本数が減ったが、16両編成化で輸送需要に対処した。
変則4-4ダイヤ。東京駅の15番線増設工事が完成していなかったため、5-5ダイヤから1本ずつの「ひかり」と「こだま」を間引いた形とした。「こだま」の待避回数が5回に増え、所要時間が4時間14分に延びる。
山陽新幹線が博多まで開業し、1時間当たり「ひかり」2 - 3本が山陽新幹線へ直通。
5-5ダイヤ。ただし、「ひかり」が毎時5本運転されるのは朝夕のみで、「こだま」は混雑する時間であっても毎時4本の設定となっている。
新横浜と静岡に「ひかり」が1往復が停車。1時間当たり「ひかり」3 - 4本が山陽新幹線へ直通。総列車本数は275本で、その後10年間の最大記録を記録する。
「こだま」が利用率の低下から12本削減される。この削減によりダイヤに余裕ができたため、「ひかり」の小田原駅、浜松駅、豊橋駅、岐阜羽島駅停車が実現する。
6-4ダイヤ。「ひかり」の停車駅見直しが行われ、選択停車ではあるもののすべての駅に「ひかり」が停車するようになる。
これまで210km/hであった最高速度を10km/h引き上げて220km/hとし、東海道新幹線では初めて速度向上を実施した。これにより「ひかり」の最速列車はついに3時間を切り2時間52分、最速列車の標準所要時分は2時間56分（いずれも東京・名古屋・京都・新大阪のみ停車の列車のみ）となった。また、「こだま」の最速列車もついに4時間を切り3時間52分運転となった。
新駅として、「こだま」のみ停車する新富士、掛川、三河安城と、「ひかり」の一部も停車する新尾道、東広島の5駅が開業。また東海道新幹線区間での「ひかり」の最速列車が当時としては限界にまで切り詰めた2時間49分となる。
7-4ダイヤ。8-3ダイヤ。「のぞみ」が東京駅 - 新大阪駅において運転を開始したが、早朝・深夜の4本（2往復）で、規格ダイヤ帯の前後を走る列車に留まった。
1-7-3ダイヤ。この日のダイヤ改正で、「ひかり」を1時間に1本置き換える形で「のぞみ」が東京駅 - 博多駅間において運転を開始した。「のぞみ」は静岡駅と米原駅で「ひかり」を追い抜く。続行1-7-3ダイヤ。この日のダイヤ改正で「のぞみ」の運転本数が1時間に1本から最大2本へと増加した。東京駅00分発の定期列車が一部時間帯を除いて消滅。米原駅停車の「ひかり」を岐阜羽島駅にも停車させ、「こだま」の毎時1本が東京駅 - 名古屋駅間の運転となった。3-6-3ダイヤ。この日のダイヤ改正で東京駅 - 新大阪駅間の「ひかり」1本を「のぞみ」に置き換え「のぞみ」は約30分間隔になった。7-2-3ダイヤ。この日のダイヤ改正で品川駅が開業し、「のぞみ」主体のダイヤとなり全列車の最高速度が270km/hに統一された。
また同改正より、全列車に自由席が設けられた。8-2-2(3)ダイヤ。8-2-2ダイヤ。朝の上りと夜の下りには、1時間あたり「のぞみ」8本・「ひかり」2本・「こだま」2本の最大12本が運転される日もある。このダイヤ改正では、全列車が品川駅・新横浜駅に停車するようになり、「ひかり」の停車パターンが見直され、岡山発着列車と新大阪発着列車の停車パターンが入れ替えられた。9-2-2ダイヤ。朝の上りと夜の下りには、1時間あたり「のぞみ」9本・「ひかり」2本・「こだま」2本の最大13本が運転される日もある。
凡例
9(10)-2-2ダイヤ。2012年3月17日ダイヤ改正から2014年3月14日までのダイヤパターンである。
この改正での大きな特徴は以下の通りである。
以下に示す時刻・運転区間などは昼間時間帯の平均的なパターンで、早朝・深夜は若干異なる。
凡例
10-2-2ダイヤ。2014年3月15日ダイヤ改正から2015年3月13日までのダイヤパターンである。
この改正での大きな特徴は以下の通りである。
以下に示す時刻・運転区間などは昼間時間帯の平均的なパターンで、早朝・深夜は若干異なる。
凡例
10-2-2ダイヤ。2015年3月14日ダイヤ改正から2017年3月3日までのダイヤパターンである。
この改正での大きな特徴は以下の通りである。
以下に示す時刻・運転区間などは昼間時間帯の平均的なパターンで、早朝・深夜は若干異なる。
凡例
10-2-2ダイヤ。2017年3月4日ダイヤ改正から2018年3月16日までのダイヤパターンである。
この改正での大きな特徴は以下の通りである。
以下に示す時刻・運転区間などは昼間時間帯の平均的なパターンで、早朝・深夜は若干異なる。
凡例※以降は臨時列車
下記は定期列車のみ。
臨時列車はひかり・こだまともに400番台（一部は500番台）。
ただし、東京駅 - 名古屋駅間のこだまは211 - 220号（219号は新大阪行き）、東京駅 - 三島駅間のこだまは241 - 250号。