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東北本線 歴史
2002年（平成14年）12月1日に東北新幹線 盛岡駅 - 八戸駅間が開業した際、当線の盛岡駅 - 目時駅間はIGRいわて銀河鉄道に、目時駅 - 八戸駅間は青い森鉄道（施設保有は青森県）に経営移管され、当線の本線は東京駅 - 盛岡駅間と八戸駅 - 青森駅間の2つに分かれることとなった。その後、2010年（平成22年）12月4日に東北新幹線 八戸駅 - 新青森駅間が開業して全通し、当線の八戸駅 - 青森駅間は青い森鉄道（施設保有は青森県）に経営移管された。このため、青森県内からは「東北本線」が消滅した。以降は、当線の正式な区間としては東京駅 - 盛岡駅間となり、一般的に「東北本線」の名称が用いられるのは黒磯駅 - 盛岡駅間となっている。
1886年（明治19年）
6月17日：栗橋 - 中田仮間の利根川橋梁が完成、同区間が開通し、上野 - 宇都宮間全通。中田仮駅を中田信号所に変更。
10月1日：宇都宮 - 那須（現・西那須野）間開通、矢板駅・那須駅開業。このときの宇都宮 - 矢板間は、現・東北新幹線に近い経路であった。
11月1日：宇都宮 - 矢板間に長久保駅開業。
12月1日：那須 - 黒磯間開通、黒磯駅開業。
東北本線 歴史
1890年（明治23年）
4月16日：岩切 - 一ノ関間開通（山線経由）、（旧）松島駅・小牛田駅・瀬峰駅・石越駅・花泉駅・一ノ関駅開業。
9月8日：同月7日の大雨の影響で白石 - 大河原間で線路が破損し運転を取りやめる。
10月20日：白石 - 大河原間の線路の復旧作業が終わり、運転を再開する。
11月1日：一ノ関 - 盛岡間、貨物線秋葉原 - 上野間開通、秋葉原駅・前沢駅・水沢駅・黒沢尻駅（現・北上駅）・花巻駅・日詰駅・盛岡駅開業。
1891年（明治24年）
1月12日：越河駅・槻木駅開業。
5月1日：那須駅を西那須野駅に改称。
9月1日：古田駅・黒田原駅開業。盛岡 - 青森間が開通し、上野 - 青森間全通。好摩駅・沼宮内駅（現・いわて沼宮内駅）・中山駅（現・奥中山高原駅）・小鳥谷駅・三ノ戸駅（現・三戸駅）・尻内駅（現・八戸駅）・沼崎駅（現・上北町駅）・野辺地駅・小湊駅・浅虫駅（現・浅虫温泉駅）・青森駅開業。
12月20日：福岡駅（現・二戸駅）・下田駅開業。
東北本線 歴史
1897年（明治30年）
2月25日：宇都宮 - 矢板間経路変更。当時、同区間では西鬼怒川、東鬼怒川（現在の鬼怒川本水路）の2本の鬼怒川を渡っており、夏季の鬼怒川の大水に対する橋脚や護岸の補修費および時間がかさみ問題化したため、その下流部の東西鬼怒川が合流し流路帯が狭くなる地点を渡る現在の経路に切り替えることとなったもの。新線上に岡本駅、氏家駅開業。旧線上の古田駅、長久保駅廃止。野崎駅開業。
6月1日：日和田駅開業。
6月5日：片岡駅開業。
7月1日：金ケ崎駅・剣吉駅開業。
1909年（明治42年）
8月1日：間々田 - 小山間複線化。
9月21日：小繋給水所を駅に変更して小繋駅開業。
10月12日：国有鉄道線路名称制定。秋葉原 - 上野 - 青森間を東北本線、岩切 - 塩竈間を塩竈線とする。
10月18日：笹川駅（現・安積永盛駅）・金谷川駅開業、仙台 - 岩切間に苦竹信号所開設。
11月25日：金田一駅（現・金田一温泉駅）開業。
12月16日：上野 - 田端間が直流電化。上野 - 日暮里間電車線1線増設し5線化、日暮里 - 田端間電車線1線増設し複々線化。
東北本線 歴史
1922年（大正11年）
3月5日：栗橋 - 中田信号所間複線化。
4月1日：信号所を信号場に改称。
5月20日：金ケ崎 - 黒沢尻間に三ヶ尻信号場開設。
6月5日：藤田 - 越河間に貝田信号場開設。
7月15日：花巻 - 石鳥谷間に二枚橋信号場開設。
8月15日：下田 - 古間木間に木ノ下信号場開設。
11月10日：狩場沢 - 小湊間に清水川信号場開設。
12月5日：長町 - 仙台間複線化。
1932年（昭和7年）
5月1日：大宮 - 蓮田間の砂信号場、久喜 - 栗橋間の桜田信号場、栗橋 - 古河間の中田信号場廃止。
7月15日：与野 - 大宮間に貨物線を2線増設し複々線化。
7月25日：苦竹信号所を駅に変更して東仙台駅開業。
9月1日：赤羽 - 大宮間直流電化。
11月20日：二枚橋信号場を駅に変更して二枚橋駅（現・花巻空港駅）開業。
12月26日：幡谷信号場を駅に変更して品井沼駅開業。
東北本線 歴史
1944年（昭和19年）
2月1日：石越 - 花泉間に油島信号場開設。
5月1日：塩竈線 多賀城前駅を陸前山王駅に改称。
6月15日：貨物支線 浪打 - 堤川間開業。
8月1日：古間木 - 沼崎間に小川原信号場開設。
10月1日：花泉 - 有壁間に清水原信号場開設。
10月11日：轟信号場を駅に変更して陸奥市川駅開業。白坂 - 白河間に磐城西郷信号場、日詰 - 矢幅間に古館信号場、矢幅 - 仙北町間に中通信号場、厨川 - 滝沢間に長根信号場、御堂信号場 - 奥中山間に吉谷地信号場、小繋 - 小鳥谷間に滝見信号場開設。
11月11日：行人塚駅、三百人町駅、小田原東丁駅廃止。
11月15日：陸前山王 - 品井沼間開業（海線・当初は貨物営業のみ）。塩竈線 岩切 - 陸前山王間を複線化し、東北本線に編入。新松島信号場、北塩釜信号場開設。
12月：新田 - 石越間に畑岡信号場開設。
東北本線 歴史
1950年（昭和25年）
3月25日：栗橋 - 古河間に中田仮信号場開設。
7月14日：瀬峰駅構内で急行貨物列車が安全側線に進入して脱線転覆。機関助手が負傷。
9月1日：中通信号場を駅に変更して岩手飯岡駅開業。
10月1日：利府 - （旧）松島間の赤沼信号場、新田 - 石越間の畑岡信号場廃止。
11月1日：村崎野信号場を駅に変更して村崎野駅開業。
12月1日：渋民信号場を駅に変更して渋民駅開業。
12月14日：清水原信号所構内で青森駅発上野駅行の急行二〇二列車が安全側線に進入して脱線転覆。重軽傷者37人。
1956年（昭和31年）
7月9日：陸前山王 - 品井沼間（海線）を旅客列車の主要ルートに変更。塩釜駅開業。新松島信号場を駅に変更して新松島駅（現・松島駅）開業。
10月2日：水沢 - 金ケ崎間複線化。
10月8日：御堂信号場 - 奥中山間複線化。
10月22日：品井沼 - 鹿島台間複線化。
11月19日：東京 - 田端間に電車線2線を増設し、東京 - 上野間が6線化、上野 - 日暮里間が10線化、日暮里 - 田端間が6線化。
東北本線 歴史
1961年（昭和36年）
2月17日：大宮操車場、田端操車場を駅に変更して（貨）大宮操駅、（貨）田端操駅開業。
3月1日：福島 - 仙台間交流電化。
3月20日：古間木駅を三沢駅に改称。
4月3日：永井川信号場 - 福島間複線化。
4月5日：金谷川 - 永井川信号場間複線化。
4月15日：御堂信号場を駅に変更して御堂駅開業。
6月1日：貨物支線 宮城野（現・仙台貨物ターミナル） - 仙台市場間開業。宮城野駅・仙台市場駅開業。
7月1日：南浦和駅開業。
7月15日：郡山 - 日和田間複線化。
8月15日：苫米地駅開業。
12月15日：岡本 - 宝積寺間複線化。
12月20日：東白石駅開業。
東北本線 歴史
1962年（昭和37年）
1月31日：東那須野 - 黒磯間複線化。
3月19日：宝積寺 - 氏家間複線化。
4月5日：永井川信号場を駅に変更して南福島駅開業。
4月11日：陸前山王 - 塩釜間複線化。
4月15日：塩釜 - 新松島間複線化。北塩竈信号場廃止。
4月20日：（旧）松島 - 品井沼間（山線）廃止。新松島 - 品井沼間複線化。
6月7日：野崎 - 西那須野間複線化。
7月1日：利府 - 松島（旧）間廃止。新松島駅を松島駅に改称。愛宕駅開業。
7月26日：花巻 - 二枚橋間複線化。
9月26日：本宮 - 杉田間複線化。
10月20日：須賀川 - 安積永盛間複線化。
11月30日：白河 - 久田野間複線化。
12月7日：五百川 - 本宮間複線化。
12月10日：石越 - 油島間複線化。北福岡 - 金田一間に斗米信号場開設。
東北本線 歴史
1963年（昭和38年）
2月5日：矢吹 - 鏡石間複線化。
2月16日：野木駅開業。
3月5日：清水原 - 有壁間複線化。
3月8日：泉崎 - 矢吹間複線化。
3月20日：花泉 - 清水原間複線化。
3月25日：久田野 - 泉崎間複線化。
5月25日：増田駅を名取駅に、陸前中田駅を南仙台駅に改称。
8月10日：油島 - 花泉間複線化。
8月21日：二枚橋 - 石鳥谷間複線化。
9月1日：東京 - 盛岡間にATS-Sを導入。
9月20日：山ノ目 - 平泉間複線化。
9月23日：磐城西郷 - 白河間複線化。
9月24日：仙北町 - 盛岡間複線化。
9月26日：日和田 - 五百川間複線化。
9月27日：石鳥谷 - 日詰間複線化。
9月28日：白坂 - 磐城西郷間複線化。
12月10日：一ノ関 - 山ノ目間複線化。
東北本線 歴史
1964年（昭和39年）
2月3日：二本松 - 安達間複線化。
3月14日：豊原 - 白坂間複線化。
3月17日：杉田 - 二本松間複線化。
3月20日：東大宮駅開業。
5月20日：岩手飯岡 - 仙北町間複線化。
5月29日：日詰 - 古館間複線化。
6月5日：古館 - 矢幅間複線化。
6月20日：氏家 - 蒲須坂間複線化。
6月30日：矢幅 - 岩手飯岡間複線化。
7月20日：高久信号場 - 黒田原間複線化。
8月31日：黒磯 - 高久信号場間複線化。
9月1日：高久信号場を駅に変更して高久駅開業。
9月3日：蒲須坂 - 片岡間複線化。
9月15日：黒田原 - 豊原間複線化。
9月19日：越河 - 中目信号場間複線化。
9月22日：松川 - 金谷川間複線化。
9月25日：矢板 - 野崎間複線化。
9月28日：安達 - 松川間複線化。
10月1日：厨川 - 小鳥谷間自動信号化。
12月8日：盛岡 - 青山信号場間複線化。
東北本線 沿線概況
東北本線の沿線には、東京都台東区から埼玉県久喜市にかけての区間および宮城県仙台市から栗原市にかけての区間を除く、ほぼ全ての区間にわたり国道4号が並行している。なお、東京都台東区から埼玉県川口市にかけては東京都道・埼玉県道58号台東川口線・東京都道306号王子千住夢の島線・国道122号、川口市からさいたま市にかけては埼玉県道35号川口上尾線・国道17号・国道463号・埼玉県道65号さいたま幸手線・埼玉県道164号鴻巣桶川さいたま線、さいたま市から久喜市にかけては埼玉県道3号さいたま栗橋線・国道125号が、また宮城県仙台市から栗原市にかけては国道45号・宮城県道8号仙台松島線・宮城県道35号泉塩釜線・国道346号・宮城県道19号鹿島台高清水線・宮城県道15号古川登米線・宮城県道29号河南築館線・宮城県道1号古川佐沼線・宮城県道36号築館登米線・国道398号・宮城県道・岩手県道183号若柳花泉線・国道342号・岩手県道・宮城県道187号大門有壁線が東北本線と並行している。
東北本線 沿線概況
黒磯駅を出ると列車はすぐにデッドセクションを通過し、直流電化区間から交流電化区間に入る。その後那珂川を橋梁で通過し那須高原に入って行き、黒田原駅 - 豊原駅 - 白河駅にかけて、列車は関東地方の北の尾根で栃木県と福島県の県境となる那須・八溝の山間を抜けて行く。この付近は東北本線で最も標高の高い地域（標高約400m）である。余笹川の鉄橋を渡ると那須町役場のある黒田原駅となる。この駅は同じ町内の全国的観光地「那須高原」の喧騒さとは異なる、静かなたたずまいの小さな駅である。
豊原駅と白坂駅の間の県境を流れる川である黒川をまたぐ鉄橋は鉄道ファンの絶好の撮影地となっている。白坂からは東北地方・福島県に入る。白河地域は福島県中通り地方の最南端であるが、この標高のため中通り地方で一番春の訪れの遅い場所でもある。中通り地方の桜前線は県北の福島市より始まり白河市に向かって南下して行く。新白河駅はもともと磐城西郷駅と称していたが、東北新幹線の停車駅となるのに伴い名称も新白河駅へと改称した。所在地は白河市ではなく西白河郡西郷村である。
東北本線 沿線概況
列車は新白河駅を経て白河駅へと到着する。新白河駅の東隣となる白河は古くは令制国時代に念珠ヶ関（ねずがせき）・勿来の関（なこそのせき）と共に、蝦夷（えみし）の侵入に備えた北方防衛の砦奥州三関の一つに数えられた白河の関が設けられた土地として知られ、古代街道の東山道にあって江戸時代には宿場町かつ城下町である。奥州街道の道中奉行管轄の終点と、延長部の起点との境となっており、現在も東北地方の玄関口に立地している。
東北本線 沿線概況
列車はこの先、福島市の先まで丘陵地を縫うように進み標高を下げていく。沿線の平地には長閑な水田が広がり、国内第4位の米産出高を有する福島県（平成18年度農業センサス）の特徴的な風景が見られる。鏡石には文部省唱歌『牧場の朝』のモデルとなった岩瀬牧場があり、鏡石駅のホームには牧場の朝の歌詞を載せたパネルが展示されている。須賀川市に入ると徐々に住宅街が現れ、須賀川駅を通過すると再び水田と樹林の広がる郊外に入る。水郡線が右手より合流する安積永盛駅を通過すると左手に大きなイベントホールビッグパレットふくしまが現われ、都市部が目立ち始めると東北新幹線と接続し磐越西線、磐越東線、水郡線が発着する郡山駅に到着する。郡山市は明治以前は小さな宿場がある寒村に過ぎなかったが、明治初期の安積疏水の開削により現在では日本有数の米の生産地となり、何より県の中心に存在することから相次いで鉄路、道路、高速交通網の整備がなされ、南東北の一大交通拠点都市として発展した。
東北本線 沿線概況
郡山駅を出ると列車は安積原野の起伏の有る丘陵の中を進み五百川の橋梁を渡る直前左手には郡山北部工業団地、右手に福島県農業総合センターの広大な敷地が、橋梁から五百川駅の手前では左側にビール醸造の巨大な銀色のタンク群が目に飛び込んでくると間も無く本宮駅となる。東北本線の車窓からよく目にした「酒は大七」の巨大文字看板の醸造元や「奥の松」で知られる二本松駅まで来ると高村光太郎の「智恵子抄」に詠われた安達太良山（活火山）が左手に迫る。
列車はこの後鬼婆（おにばば）伝説で有名な安達ヶ原、松川駅などを通過し福島盆地を眼下に見下ろしながら盆地底まで急勾配を下って福島駅に到着する。当駅から左手に見える山は同じく活火山の吾妻山。吾妻連峰の雪うさぎは春の田植えシーズンの到来を知らせてくれる。その麓の扇状地は桃など果物の産地として知られる。また、これらの活火山のため郡山から福島にかけては磐梯熱海温泉、岳温泉、高湯温泉、飯坂温泉ほか、有名な温泉が多い地域でもある。
東北本線 沿線概況
福島駅を出ると、山形新幹線、福島交通飯坂線が左に折れ、東北新幹線は信夫山トンネルを通過する。東福島駅手前の矢野目信号場で阿武隈川沿いの経路を進む阿武隈急行線が東折する。列車はこの後霊山（りょうぜん）の岩山を右手に見ながら、盆地底の標高約50m付近から県境の標高約200mの貝田駅付近の国見峠まで上り勾配を進む。この地域はかつて生糸に代表される繊維産業が盛んな地域であり、眼下に信達平野を望みながら時折のどかな田園風景の中に桑畑を目にすることができる。
峠を越えると宮城県に入り、蔵王連峰を西に見ながら白石駅に到着する。この先大河原駅 - 船岡駅間では白石川と並走走するが、このあたりの桜並木は「一目千本桜」と呼ばれ、観光名所であると共に有数の撮影スポットでもある（花見時期には列車の徐行も行われる）。槻木駅で再び阿武隈急行線と合流し、阿武隈川と共に高館丘陵と亘理地塁山地の間を抜けて仙台平野に出る。岩沼駅では右手より常磐線が合流。浜堤に沿って愛島丘陵東端を迂回し、名取駅に入ると仙台空港アクセス線が合流する。仙台市に入り、名取川を渡ると長町地区、広瀬川を渡ると仙台市都心部に入ってビルが立ち並ぶ風景が見えてくる。両河川を渡る際には、左手の大年寺山にある複数のテレビ塔がライトアップされているのが視野に入り、日没後であっても仙台駅がもう近いことがわかる。
東北本線 沿線概況
仙台駅を出ると宮城野橋（X橋）周辺の高いビル群が見える。七北田丘陵東端をかすめて七北田川を渡るとすぐ岩切駅で利府支線が左手に分岐し、東北新幹線との並走区間も終わる。陸前山王駅で仙台臨海鉄道・臨海本線が右手に分岐すると、陸奥国府・多賀城南大門前にあった条坊制都市の遺跡の上を突っ切り、松島丘陵に入る。ここから塩釜駅 - 松島駅間で仙石線とからまるように並走し、一瞬だけ海や日本三景の松島が見える。この区間で仙石線・東北本線接続線が右手に分岐する。松島丘陵を抜けると品井沼干拓地を通り、大松沢丘陵東端を越えて大崎平野に入る。左手に陸羽東線、右手に石巻線が分岐する小牛田駅を過ぎ、篦岳丘陵西端をかすめて北上すると築館丘陵の東端に入り、長沼とラムサール条約に登録されている伊豆沼・内沼の間を抜け、左手に栗駒山が見える栗原平野に入る。更に進むと石越駅へ。朝夕には仙台方面からの列車が当駅まで運行されている拠点駅であると共に、2007年3月までくりはら田園鉄道線の起点駅でもあった。栗原電鉄時代には、直流電化の電鉄線と東北本線との貨物交換用に、特注のディーゼル機関車が留置されており、連絡線も敷設されていた。
石越駅を過ぎると、宮城県と岩手県とを分ける丘陵地帯に入り、両県を行ったり来たりすることになる。岩手県の油島駅・花泉駅および清水原駅を過ぎて再び宮城県に戻ると、仙台を出てから旧・奥州街道の道筋と大きく離れていた当線は、宮城県栗原市に位置する有壁駅で再び旧・奥州街道（および東北新幹線）と並走し始める。岩手県に戻ると間もなく北上盆地に入り、同県南部の中心都市である一関市の一ノ関駅に到着。同駅は仙台駅以来の新幹線駅併設駅であり、大船渡線への乗り換えや、厳美渓、須川高原温泉、奥州三十三観音霊場などの名所へ向かう利用客で賑わう。
一ノ関駅を出ると、北上川西岸を延々と北上するルートとなる。次の平泉駅では奥州藤原氏の威光を伝える世界遺産・平泉への観光客が乗り降りする。その後、胆沢扇状地の扇端をなぞるように北上し、途中で奥州市の中心市街地にある水沢駅へ到着する。田園地帯を走り胆沢川を越えると、六原扇状地をなぞるように金ケ崎町を北上。旧仙台藩と旧盛岡藩との旧・藩境を越えて新幹線駅併設の北上駅に入る。北上駅を出るとすぐ秋田県・横手盆地へと向かう北上線が左手に分岐する。同駅周辺からは線形が直線の区間が多くなる。さらに北上して花巻駅に着くと、花巻温泉郷や宮沢賢治縁りの地に向かう観光客で賑わう。花巻市には同駅のほかに、釜石線と東北新幹線が交差する新花巻駅、岩手県唯一の空港・花巻空港に最寄りの花巻空港駅や似内駅がある。紫波中央駅付近から東北新幹線と並走するようになり、岩手山が左手に見えてくると盛岡駅に到着。同駅で田沢湖線（秋田新幹線）や三陸海岸方面へ延びる山田線が分岐する。なお、他区間に比べて線形が極めて良いため、東北地方では珍しく100km/h以上で走行する普通列車も多数存在する。
東北本線 運行形態
現在、長距離都市間輸送およびビジネス輸送の多くを東北新幹線が担っている。宇都宮線区間は東京への通勤路線および大宮・宇都宮の各都市圏路線として、その他の区間も郡山・福島・仙台・盛岡などの地域の中心都市の生活路線として運行体系が組まれており、寝台特急列車が臨時含め廃止された2016年以降、遠隔都市間を結ぶ在来線列車は臨時列車と貨物列車のみとなっている。
東京駅から黒磯駅までは直流、高久駅以北はすべて交流でそれぞれ電化されており、黒磯駅と高久駅の間にデッドセクションが設けられている。当該デッドセクションを挟み、直流電化区間と交流電化区間を直通する列車は、貨物列車のほか、旅客列車が臨時列車と黒磯駅 - 新白河駅・白河駅間において交直流電車で運行されている普通列車のみで、交流電化区間から宇都宮線区間である黒磯駅以南の直流電化区間への普通列車の乗り入れは行われていない。
東北本線 運行形態
電化前の最盛期には黒磯駅を跨ぐ直通普通列車が毎日15往復設定されていた（優等客車を連結した普通列車・夜行普通列車含む）が、1959年の黒磯駅以南の直流電化・同駅以北の交流電化後は毎日8往復へと減便され、代わって1965年・1968年には当時最新鋭の特急・急行用電車（483系・455系・485系・583系）が相次いで投入され、長距離特急・急行列車が増便された。それでもなお客車による普通列車の運用が残されていた時代には朝昼中心に毎日数本は直通普通列車（いずれも客車普通列車）が設定されていたが、1978年10月2日のダイヤ改正で特急・急行列車が大幅増便されたことに伴って、上野駅 - 黒磯駅間での客車普通列車の運行が消滅し、黒磯駅を跨いだ普通列車は、急行「なすの」の間合い運用の宇都宮駅 - 白河駅間の列車だけとなり、その後完全に消滅した。その後、1982年6月23日には東北新幹線が開業し、東北本線在来線を走る特急・急行列車は徐々に新幹線経由での運行に切り替えられ、空いた在来線には中距離普通列車が増発された。
東北本線 運行形態
現在、旅客が黒磯駅を跨いで普通列車を利用する場合は、同駅において同駅以南で運行される直流電車と同駅以北で運行される交直流電車との相互乗り換えが必要となっているが、普通列車の本数および所要時間に関しては、客車時代に比べて利便性が高くなっている。電化後も含め、客車による長距離普通列車が運行されていた時代の上野 - 仙台間の所要時間は9時間30分から10時間30分程度かかっていたが、2015年には途中駅で乗り換えが必要ではあるものの、同区間の所要時間は概ね6時間15分から40分程度、遅くても7時間30分以内に短縮された。しかし黒磯駅構内直流化に先立って行われた2017年10月の改正後は所要時間が増加した乗り継ぎ例もある。
東北本線 運行形態
東北新幹線が開業する1982年以前は、東北本線在来線が東京対東北・北海道へのメインルートであったことや、沿線諸都市連絡のために多くの長距離優等列車が運行されていた。新幹線の部分開業後は、並行区間の長距離列車が新幹線経由での運行中心となり、当線を経由して会津若松や山形などの各都市へ向かっていた列車は一部が新幹線直行特急へと発展を遂げたのを除いて、郡山駅などの各新幹線停車駅から乗り継ぎを行なう運行形態へと変更になったが、新幹線の終点から青森・北海道方面への連絡特急列車は残されていた。やがて東北新幹線の全線開業により、盛岡駅以北がすべてJR東日本から経営分離されると、在来線経由で運行されている優等列車は当線経由で他路線沿線を目的地とする列車のみとなり、現在に至っている。
首都圏と北海道を結ぶ夜行列車は2016年3月の北海道新幹線の開業により全廃された。なお、前述のように経営分離された盛岡駅 - 青森駅間はIGRいわて銀河鉄道と青い森鉄道の路線を走行するため、この区間を経由する場合の運賃・特急料金には両社の運賃と両社線内の特急料金が加算されるが、2016年3月改正時点では該当する定期旅客列車はない。
東北本線 運行形態
以下に東北本線で運行されている列車を挙げる。強調した区間が東北本線内を表す。東京駅 - 大宮駅間に乗り入れる高崎線直通列車については「高崎線」を、東京駅 - 日暮里駅間に乗り入れる常磐線の列車については「常磐線」を、過去の列車については「東北本線優等列車沿革」の各記事を参照。
2025年（令和7年）7月4日より運行を開始した臨時特急列車で、毎週金曜日（8月15日は除く）の夜時間帯に、仙台発小牛田行き（1号）と仙台発石越行き（3号）を1本ずつ運行している。仙台駅 - 小牛田駅間は最短34分で運行している。
東北本線の普通・快速列車は、主に宇都宮駅・黒磯駅・新白河駅・郡山駅・福島駅・仙台駅・小牛田駅・一ノ関駅でそれぞれ運行系統が分かれており、各区間内の需要に応じた区間列車が運転されている。このうち黒磯駅と一ノ関駅は、その前後にまたがって運行される定期列車は2023年11月現在ない。
前述のように、東京近郊では多数の運行系統が東北本線を走行している。運行形態の詳細については各路線・運行系統の記事を参照。
また、宇都宮線・高崎線および常磐線快速電車・常磐線では、上野駅を発着する従来からの系統に加えて、JR発足後に次の運転形態が新設されている。
東北本線 運行形態
「宇都宮線」の愛称を持つ東京駅・上野駅 - 黒磯駅間の中距離列車は直流電車で運行され、宇都宮駅を境に系統が分割されている。宇都宮駅以南を運行する列車については原則として東京駅方面（上野東京ライン）・上野駅発着と新宿方面発着（湘南新宿ライン）の2本立てで運行し、一部は古河駅・小金井駅で折り返す運転となっている。栃木県・茨城県・埼玉県から東京への通勤路線、そして宇都宮の近郊路線であり、グリーン車2両を連結した10両ないし15両編成の長編成列車を主体に運行されている。2006年7月8日以前は、15両編成の列車は小金井駅以北への乗り入れが不可能であり小金井駅において分割・併合作業が多く行われていたが、同日以降は小金井駅 - 宇都宮駅間でも15両編成の乗り入れが可能となり小金井駅で分割・併合作業を行う列車は減少した。また、朝の下り方面と夕方以降は快速「ラビット」 も運転されている。
東北本線 運行形態
宇都宮駅 - 黒磯駅間は宇都宮の近郊路線であり、1時間に2 - 3本の運転である。早朝の1本の小山駅始発黒磯駅行きを除いて終日宇都宮駅発着であり、小山駅始発の列車を含めて3両または6両編成によるワンマン運転が実施され、普通列車グリーン車の営業も行われない。このほか、宇都宮駅 - 宝積寺駅間では烏山線の列車も運行されている。一方で、黒磯駅以北へ直通運転する列車は、黒磯駅 - 新白河駅間が交直流電車と気動車 の運用に切り替わった2017年（平成29年）10月以降においても設定されていない。
栃木県と福島県の県境域にわたる区間である。以前は交流電車中心に運用される新白河駅以北と一体的な運用が行われていたが、2018年（平成30年）1月1日から3日に行われた黒磯駅構内直流化に先立つ2017年（平成29年）10月14日に系統が分割され、交直流電車・気動車による折り返し運用に改められている。交流電車の運用は廃止されたため、理論上は黒磯駅以南への直通運転が可能であるが、黒磯駅構内直流化後においても、新白河駅より宇都宮線区間へ直通する列車は設定されていない。新白河駅以北へ直通する列車については、夜間留置の関係から朝に白河発黒磯行きが1本運行されているのみである。
運行本数は、1 - 2時間に1本程度である。
東北本線 運行形態
2020年3月14日のダイヤ改正からE531系付属編成によるワンマン運転（駅で運賃収受を行う都市型ワンマン）が開始された。
この区間は福島県内の白河・須賀川・郡山・福島付近の短距離通勤通学輸送が主で、新白河駅・郡山駅・福島駅を始発・終着とする列車を中心に運行されている。概ね郡山駅で系統は分割されているが、朝夕の一部列車は直通運転する。
朝夕には福島以北に乗り入れる列車があるが、2013年（平成25年）3月16日のダイヤ改正で削減された。2021年（令和3年）3月13日のダイヤ改正では、下りの藤田以北への直通がなくなった。
運行本数は1時間に1本 - 2本程度である。朝晩には福島駅 - 松川駅間および郡山駅・福島駅 - 矢吹駅間の運用があるほか、夜間留置の関係上、朝に白河駅 - 新白河駅間、夜に郡山発白河行きの区間列車が各1本運行されている。このほか、安積永盛駅 - 郡山駅間には水郡線の普通列車が乗り入れる。
新白河駅 - 郡山駅間では、日中の一部列車がワンマン（車内精算型）で運行されている（多客が発生する場合は、ワンマンを解除し、車掌が乗務する）。
東北本線 運行形態
福島県と宮城県の県境域にわたる区間である。日中は白石駅で系統が分断されているが、朝夕と深夜には藤田駅発着と仙台駅発着列車の運行がある。かつては終日にわたり仙台駅までの運行がなされ、昼前後の利用者の少ない閑散駅を通過する快速列車「仙台シティラビット」（3往復）が運行されていたが、2021年3月のダイヤ改正で普通列車に置き換わる形で廃止された。
運行本数は基本的に1時間に1本である。
この区間についても日中の一部列車がワンマン（車内精算型）で運行されている（多客が発生する場合は、ワンマンを解除し、車掌が乗務する）。
宮城県仙台市の都市圏輸送区間である。宮城県内の通勤通学・仙台商圏の旅客が主体となっており、岩沼駅からは常磐線、名取駅からは仙台空港アクセス線系統の列車も乗り入れている。このほか槻木駅を介して阿武隈急行線と直通する列車も設定されている。基本的に仙台駅が始発・終点となる列車が多いが、ラッシュ時には仙台駅をまたいで南北に直通する列車も数本設定されている。かつては仙山線に直通する列車（2007年3月17日をもって廃止）も少数ながら運行されていた。
東北本線 運行形態
東北本線系統の1時間の運行本数は白石駅 - 仙台駅間が2 - 3本（昼間約20 - 30分間隔）である。また、岩沼駅 - 仙台駅間では常磐線から乗り入れる普通列車（1時間に1 - 2本）、名取駅 - 仙台駅間では仙台空港線直通の普通・快速列車（1時間に1 - 3本）も運行され、名取駅 - 仙台駅間ではこれらの直通列車を含むと1時間に日中5 - 6本、朝夕は最大10本程度の列車が運行される。
この区間も仙台圏の都市圏輸送を担っており、仙台駅 - 松島駅・小牛田駅・石越駅・一ノ関駅方面間の列車のほか、仙台駅 - 岩切駅間では朝夕に利府線（利府支線）との直通列車が、仙台駅 - 塩釜駅間では接続線を経由し仙石線・石巻線に直通する仙石東北ラインの快速・特別快速列車も運行される。
1時間に1 - 2本の運行であるが、仙台駅 - 塩釜駅間では仙石東北ライン（高城町駅経由石巻駅・女川駅発着）を含めて2-3本程度である（「仙石線#東北本線との直通運転」も参照）。
なお、仙石東北ラインの開業までは松島駅発着の区間列車が1時間に3本運行されていたが、開業後は一部時間帯を除いて廃止されている。
東北本線 運行形態
宮城県北部と岩手県南部およびその県境部にわたる区間であり、運行本数は1時間に1本程度である。朝と深夜に石越駅発着の仙台方面への直通列車が設定されている。一ノ関駅をまたいで盛岡方面に直通する定期列車は設定されていない。
当区間の南側は小牛田までの運行がほとんどであり、仙台方面との直通列車は朝夕の数往復のみとなっている。2015年3月13日までは日中でも仙台方面との直通列車が運行されており、一部列車は小牛田駅で列車編成の連結・切り離しが行われていたが翌日のダイヤ改正で系統分割された。
朝晩の一部列車を除き、2両編成のワンマン（車内精算型）運転が大半を占める。
岩手県内の一関・水沢・北上・花巻・盛岡への通勤通学客輸送を主体とする区間である。運行本数は一ノ関駅 - 北上駅間が1時間に1本程度、北上駅 - 盛岡駅間が1時間に1 - 2本程度（30 - 60分間隔の運行）である。平日朝（6時台の日詰発は毎日運転）に日詰駅 - 盛岡駅間の区間列車が3.5往復、矢幅駅発着が1往復（IGRいわて銀河鉄道線直通）運行があり、平日朝は日詰駅 - 盛岡駅を中心に1時間あたり最大6本程度運転される。なお、2019年9月21日に岩手医科大学附属病院（盛岡市内丸）が矢巾町に新築移転したため、同日より平日朝に盛岡駅→日詰駅間で上り臨時列車が増発された。
日中時間帯を中心に一部列車は2両編成のワンマン（都市型ワンマン）で運行されている。朝夕は4両編成も多く運行される。
他路線との直通運転としては、花巻駅 - 盛岡駅間に釜石線直通列車が1日6往復（普通列車3往復および快速「はまゆり」3往復）乗り入れている。また平日の朝時間帯にはいわて銀河鉄道線に直通する列車が運行されており、滝沢駅発着が2.5往復、いわて沼宮内駅発着が1.5往復ずつのほか、花輪線鹿角花輪駅から上り1本が日詰駅まで乗り入れる。
朝の通勤時間に1日下り1本のみ運転されていた。水沢駅と盛岡駅の間を54分で結ぶ。
2023年（令和5年）3月17日をもって運転を終了した。
停車駅
水沢駅 → 金ヶ崎駅 → 六原駅 → 北上駅 → 村崎野駅 → 花巻駅 → 矢幅駅 → 仙北町駅 → 盛岡駅
使用車両
同区間の普通列車と同じく、701系電車を使用。全車自由席・禁煙車。
沿革
1993年3月18日：気動車で 休日運休（平日・土曜日のみ運転）の臨時列車として水沢発盛岡行きの快速列車の運転を開始。停車駅は北上駅・花巻駅・仙北町駅のみ。
1995年ごろ - 電車に置き換え、定期列車化（引き続き休日運休）、停車駅に矢幅駅を追加。
2001年12月1日：ダイヤ改正に伴い、アテルイ没後1200年記念事業の一環として快速列車の愛称を「アテルイ」とした。
2010年12月4日：ダイヤ改正により、平日・土曜日のみ運転から毎日運転となる。（運転日に日曜・祝日を追加）
2020年3月14日:ダイヤ改正に伴い、新たに金ケ崎駅・六原駅・村崎野駅が停車駅となった。
2023年3月18日：ダイヤ改正に伴い廃止。
田端信号場駅 - 盛岡駅間では、JR貨物が第二種鉄道事業として貨物列車を運行している。
2014年3月ダイヤ改正 時点では、大宮操車場 - 盛岡貨物ターミナル駅間で1日約40往復（区間列車を含む）のコンテナ高速貨物列車が運行されており、臨時列車も設定されている。首都圏と東北各地や北海道を結ぶ貨物列車が多いが、東北本線貨物線（東北貨物線）から武蔵野線または山手貨物線、東海道本線支線（東海道貨物線）を経由して東海道本線沿線の名古屋圏や近畿圏などを発着する列車も設定されている。このほか、東京湾岸の根岸駅・川崎貨物駅・千葉貨物駅を発着する石油輸送列車が、宇都宮貨物ターミナル駅まで1日3往復、郡山駅まで1日2往復運行されている（いずれも定期列車の本数）。
東北本線内で定期貨物列車が発着する駅は、宇都宮貨物ターミナル駅・郡山貨物ターミナル駅・郡山駅・岩沼駅・仙台貨物ターミナル駅・水沢駅・盛岡貨物ターミナル駅である。また陸前山王駅からは貨物専用の仙台臨海鉄道に、小牛田駅からは石巻線の貨物列車に接続している。
なお仙台付近の長町駅 - 東仙台駅間では、旅客駅の仙台駅を経由しない貨物列車専用の支線（通称“宮城野貨物線”）を経由しており、仙台貨物ターミナル駅も同貨物線にある。
東北本線 使用車両
東京近郊の山手線・京浜東北線・埼京線などや、高崎線・常磐線直通列車の使用車両は当該記事を、特急列車については優等列車で挙げられている各項目を参照。
黒磯駅以南の直流電化区間は直流電車、同駅以北の交流電化区間は同駅 - 白河駅間で交直流電車、新白河駅以北で交流電車が使用される。また非電化線区に直通する列車には気動車などが使われる。
普通列車
701系 - 盛岡車両センター所属
キハ100系 - 盛岡車両センター一ノ関派出所所属（一ノ関駅 - 北上駅間）
北上線用車両の一ノ関派出所への送り込みを兼ねる。
キハ100系 - 盛岡車両センター所属（日詰駅 - 盛岡駅間）
朝に4.5往復設定されている日詰駅 - 盛岡駅間の区間列車のうち、3.5往復でキハ110系が使用され、盛岡駅7:40発の日詰行き上り列車は花輪線鹿角花輪駅からの直通列車である。
特記ないものは貨物列車で運用。
東北本線 データ
管轄・路線距離（営業キロ）： 全長572.0 km（支線含む）
東日本旅客鉄道（第一種鉄道事業者）：
東京駅 - 盛岡駅 535.3 km
日暮里駅 - 尾久駅 - 赤羽駅 7.6 km
赤羽駅 - 武蔵浦和駅 - 大宮駅 18.0 km（埼京線）
長町駅 - 仙台貨物ターミナル駅 - 東仙台駅 6.6 km（通称：宮城野貨物線）
岩切駅 - 利府駅 4.2 km（通称：利府支線）
松島駅 - 高城町駅間 0.3 km（通称：仙石線・東北本線接続線）
日本貨物鉄道（第二種鉄道事業者）：
田端駅 - 盛岡駅 (528.2 km)
長町駅 - 仙台貨物ターミナル駅 - 東仙台駅 (6.6 km)
駅数：
旅客駅：145駅（支線含む。起終点駅および仙台貨物ターミナル駅を除く）
東北本線所属の旅客駅に限定した場合、上記駅数から東京駅（東海道本線所属）・神田駅（中央本線所属）・高城町駅（仙石線所属）を除外した142駅となる。また、名目上旅客併設駅だが実態は貨物専用となっている仙台貨物ターミナル駅を加えると143駅となる。
貨物駅：5駅（仙台貨物ターミナル駅以外の旅客併設駅を除く）
東北本線 データ
閉塞方式
東京駅 - 田端駅 - 大宮駅間の電車線（山手線・京浜東北線）
列車間の間隔を確保する装置（鉄道に関する技術上の基準を定める省令の解釈基準第54条第2項第2号に規定される、一段ブレーキ制御方式の自動列車制御装置）による方法
赤羽駅 - 武蔵浦和駅 - 大宮駅間（埼京線）
列車間の間隔を確保する装置（鉄道に関する技術上の基準を定める省令の解釈基準第54条第2項第3号に規定される、車上設備により列車の位置に応じた列車の運転速度を指示する制御情報を発生させる方式の自動列車制御装置）による方法
利府支線：特殊自動閉塞式（軌道回路検知式）
上記以外：自動閉塞式
保安装置
D-ATC
東京駅 - 田端駅 - 大宮駅間の電車線（山手線・京浜東北線）
ATACS
赤羽駅 - 武蔵浦和駅 - 大宮駅間（埼京線）
ATS-P
東京駅 - 日暮里駅 - 尾久駅 - 赤羽駅 - 黒磯駅
田端信号場駅 - 赤羽駅 - 大宮駅間（東北貨物線）
ATS-Ps
白石駅 - 小牛田駅間
ATS-SN
黒磯駅 - 白石駅間
小牛田駅 - 盛岡駅間
長町駅 - 仙台貨物ターミナル駅 - 東仙台駅間
岩切駅 - 利府駅間
東北本線 データ
運転指令所：
東京駅 - 黒磯駅間 東京総合指令室（東京駅 - 那須塩原駅間ATOS）
黒磯駅 - 石越駅間 仙台総合指令室 (CTC)
石越駅 - 盛岡駅間 盛岡総合指令室 (CTC)
田端信号場駅 - 大宮駅間（東北貨物線） 東京総合指令室 (ATOS)
長町駅 - 仙台貨物ターミナル駅 - 東仙台信号場間（宮城野貨物線） 仙台総合指令室 (CTC)
岩切駅 - 利府駅間（利府支線） 仙台総合指令室 (CTC)
運転取扱駅（駅が信号を制御、運行を管理）：黒磯駅、郡山駅、福島駅、小牛田駅、一ノ関駅、盛岡駅
準運転取扱駅（入換時は駅が信号を制御）：岩沼駅、仙台貨物ターミナル駅
旅客運賃・乗車券関連
旅客運賃体系：電車特定区間を除いて幹線運賃
東京近郊区間（旅客営業規則による）：東京駅 - 黒磯駅間（尾久駅経由の支線および武蔵浦和駅経由の支線〈埼京線〉を含む）
仙台近郊区間（旅客営業規則による）：矢吹駅 - 平泉駅間、岩切駅 - 利府駅、松島駅 - 高城町駅間
電車特定区間：東京駅 - 大宮駅間（尾久駅経由の支線および武蔵浦和駅経由の支線〈埼京線〉を含む）
東京駅 - 田端駅間は東京山手線内にも含まれる。
IC乗車カード対応区間：
Suica首都圏エリア：東京近郊区間に同じ
Suica仙台エリア：矢吹駅 - 小牛田駅間、一ノ関駅、平泉駅、岩切駅 - 利府駅間、松島駅 - 高城町駅間
Suica盛岡エリア：北上駅 - 盛岡駅間
JR東日本の各支社の管轄区間は、以下のようになっている。
各年度の平均通過人員（人/日）は以下のとおりである。
東北本線 駅一覧
（貨）は貨物専用駅。それ以外の駅で◆・◇・■を付した駅は貨物取扱駅を表す（◇は定期貨物列車の発着なし、■はオフレールステーション）
ここではこの区間に存在する全駅の駅名と主要な駅（主に支線・他路線の分岐点や運行上の拠点駅）のキロ程のみを記す。各駅のキロ程・停車駅・接続路線・所在地などの詳細については各運行系統記事（上野東京ライン・宇都宮線・高崎線・湘南新宿ライン・埼京線・京浜東北線・山手線）を参照。田端信号場駅 - 大宮駅間の貨物施設に関しては東北貨物線を参照。
() 内は起点からの営業キロ
本線
東北本線 駅一覧
東京駅 (0.0 km) - 神田駅 (1.3 km) - 秋葉原駅 (2.0 km) - 御徒町駅 - 上野駅 (3.6 km) - 鶯谷駅 - 日暮里駅 (5.8 km) - 西日暮里駅 - 田端駅・田端信号場駅 (7.1 km) - 上中里駅 - 王子駅 - 東十条駅 - 赤羽駅 (13.2 km) - 川口駅 - 西川口駅 - 蕨駅 - 南浦和駅 (22.5 km) - 浦和駅 - 北浦和駅 - 与野駅 - さいたま新都心駅 - （大宮操車場） - 大宮駅 (30.3 km) - 土呂駅 - 東大宮駅 - 蓮田駅 - 白岡駅 - 新白岡駅 - 久喜駅 (48.9 km)- 東鷲宮駅◇ - 栗橋駅 - 古河駅 - 野木駅 - 間々田駅 - 小山駅◇ (80.6 km) - 小金井駅 - 自治医大駅 - 石橋駅 - （貨）宇都宮貨物ターミナル駅 - 雀宮駅 - 宇都宮駅◇ (109.5 km) - 岡本駅 - 宝積寺駅◇ (121.2 km) - 氏家駅 - 蒲須坂駅 - 片岡駅 - 矢板駅■ - 野崎駅 - 西那須野駅 - 那須塩原駅 - 黒磯駅 (163.3 km)
支線（尾久経由）
日暮里駅 (0.0 km) - 尾久駅 (2.6 km) - 赤羽駅 (7.6 km)
支線（武蔵浦和経由・埼京線）
東北本線 駅一覧
赤羽駅 (0.0 km) - 北赤羽駅 - 浮間舟渡駅 - 戸田公園駅 - 戸田駅 - 北戸田駅 - 武蔵浦和駅 (10.6 km) - 中浦和駅 - 南与野駅 - 与野本町駅 - 北与野駅 - 大宮駅 (18.0 km)
() 内は起点からの営業キロ
利府線
岩切駅 (0.0) - 新利府駅 (2.5) - 利府駅 (4.2)
全区間交流電化・単線
仙石線・東北本線接続線
松島駅 (0.0) - 高城町駅 (0.3)
全区間非電化・単線
松島駅には仙石線・東北本線接続線のホームが設けられないため、本線との乗換駅は仙台寄りの隣の駅である塩釜駅となる。
1897年廃止区間
宇都宮駅 - 古田駅 - 長久保駅 - 矢板駅
1946年休止区間（貨物支線）
浪打駅 - 堤川駅
1962年廃止区間
利府駅 - 赤沼信号場 - （旧）松島駅 - 品井沼駅
1968年廃止区間
野内駅 - 浪打駅 - 浦町駅 - 青森駅
1971年廃止区間（貨物支線、須賀線）
王子駅 - 須賀駅
1974年廃止区間（貨物支線）
宮城野駅 - 仙台市場駅
2014年廃止区間（貨物支線、北王子線）
田端信号場駅 - 北王子駅
2002年12月1日移管区間
盛岡駅 (535.3) - 厨川駅 - 滝沢駅 - 渋民駅 - 好摩駅 (556.6) - 岩手川口駅 - 沼宮内駅（現在のいわて沼宮内駅）(567.3) - 御堂駅 - 奥中山駅（現在の奥中山高原駅） - 小繋駅 - 小鳥谷駅 - 一戸駅 - 二戸駅 (606.1) - 斗米駅 - 金田一温泉駅 - 目時駅 (617.3) - 三戸駅 (622.8) - 諏訪ノ平駅 - 剣吉駅 - 苫米地駅 - 北高岩駅 - 八戸駅 (643.2)
2010年12月4日移管区間
八戸駅 (643.2) - （貨）八戸貨物駅 - 陸奥市川駅 - 下田駅 - 向山駅 - 三沢駅 (664.2) - 小川原駅 - 上北町駅 - 乙供駅 - 千曳駅 - 野辺地駅 (694.6) - 狩場沢駅 - 清水川駅 - 小湊駅 - 西平内駅 - 浅虫温泉駅 - 野内駅 - 矢田前駅 - 小柳駅 - 東青森駅 - 青森信号場 - 青森駅 (739.2)
廃止区間にあったものを除く。
廃止区間にあったもの、駅に変更されたものを除く。
IGR転換区間
青い森鉄道転換区間
ビタミン
ビタミン（ヴィタミン、ヸタミン; 英語: vitamin）は、生物の生存・生育に微量に必要な栄養素のうち、その生物の体内で十分な量を合成できない炭水化物・タンパク質・脂質以外の有機化合物の総称である（なお栄養素のうち無機物はミネラルである）。
生物種によってビタミンとして働く物質は異なる。たとえばアスコルビン酸はヒトにはビタミン（ビタミンC）だが、多くの生物にはビタミンではない。ヒトのビタミンは13種が認められている。
ビタミンは機能で分類され、物質名ではない。たとえばビタミンAはレチナール、レチノールなどからなる。
ビタミンはほとんどの場合、生体内で十分量合成することができないので、主に食料から摂取される（一部は腸内細菌から供給される）。ビタミンが不足すると、疾病や成長障害が起こりうる（ビタミン欠乏症）。日本では厚生労働省が日本人の食事摂取基準によって各ビタミンの指標を定めており、摂取不足の回避を目的とする3種類の指標と、過剰摂取による健康障害の回避を目的とする指標、および生活習慣病の予防を目的とする指標から構成されている。
ビタミン 例
アスコルビン酸（いわゆるビタミンC）は、コラーゲンの生成などの水素運搬体を必要とする多くの代謝経路に必須で、動物の生存に欠かせない生理活性物質である。ほとんどの哺乳類にとって体内で合成されて必要をまかなう物質であり、ビタミンではない。しかしヒトを含む多くの霊長類やモルモットのような一部の哺乳類では、これを合成する代謝経路を持っておらず、体外から食物としての摂取が生存上必須となっており、ビタミンに定義される。
またカロテノイド（いわゆるビタミンA）は、全ての生物の細胞内の代謝経路において重要な役割を果たす。たいていの生物、すなわち古細菌とほとんどの細菌、多くの真核生物（原生生物、植物、菌類）は、自らの代謝経路において合成することでカロテノイドを自給しており、それらにとってはビタミンではない。しかし全ての後生動物はこの代謝経路を喪失しており、他の生物を捕食することによって摂取しなければならず、カロテノイドはビタミンである。
ビタミン 機能
ビタミンは生体内において酵素がその活性を発揮するために必要な補酵素として機能するものとそうでないものに大別される。補酵素として生体内で働くものは主にビタミンB群として知られるものである。補酵素として機能しないものはビタミンA、ビタミンC、ビタミンD、ビタミンEおよびビタミンKである。補酵素であるかないかに関わらずビタミンは生体にとって必要不可欠な物質であり、ビタミン欠乏症に陥るとビタミンB群を補酵素として利用する酵素が関与する代謝系の機能不全症状が現れたり、ビタミンAが光を感知する物質の前駆体であるため夜盲症になったりする。
ビタミン ビタミンの一覧
ヒトのビタミンの一覧を挙げる。ビタミンは脂溶性ビタミンと水溶性ビタミンに分類される。
ビタミンB群
ビタミンB1: チアミン
ビタミンB2: リボフラビン。ビタミンGともいう。
ビタミンB3: ナイアシン。ビタミンPPともいう。
ビタミンB5: パントテン酸
ビタミンB6: ピリドキサール、ピリドキサミン、ピリドキシン
ビタミンB7: ビオチン。ビタミンBw、ビタミンHともいう。
ビタミンB9: 葉酸。ビタミンBc、ビタミンMともいう。
ビタミンB12: シアノコバラミン、メチルコバラミン、ヒドロキソコバラミン
ビタミン 発見の歴史
ビタミンは通常の食事を取っていれば必要量が摂取できる。単調な食事や特殊な環境下での生活により、ビタミン不足による障害が発生するが、長い間それは単なる病気と見られていた。
ビタミン発見の発端は、兵士が壊血病や脚気に集団で罹り、当時の軍医らがこれらの病気の撲滅を狙って研究したことから始まる。現在ではこれらの病気はビタミン不足による障害だと知られている。
1734年、J・G・H・クラマーは壊血病に罹るのはほとんど下級の兵卒であり、士官らは罹らないことに気づいた。士官らは頻繁に果物や野菜を食べており、下級の兵卒らは単調な食事であることから、壊血病を防ぐために果物や野菜を取ることを勧めた。また、ジェームズ・リンドは 1747年、イギリス海軍で壊血病患者をいくつかのグループに分け異なる食事を与える実験を行った。その結果、オレンジやレモンの柑橘系果物が壊血病に有効であることを発見した。しかしこれらの発見は黙殺され、結局壊血病は 1797年にイギリス海軍において反乱が起き（スピットヘッドとノアの反乱）、その要求の一つにレモンジュースが入り、それが受け入れられるまでイギリス海軍を悩ませた（ただし、イギリス海軍本部は安価なライムを代用した）。
ビタミン 発見の歴史
日本でも日本海軍の水兵に脚気が蔓延し悩まされた。軍医大監だった高木兼寛は、士官は脚気に冒されず、かつ単調な食事をしていないことに気づいた（脚気の原因のタンパク質の不足説と米よりタンパク質を多く含む麦飯優秀説を提唱）。そこで 1884年、白米に大麦を加え、肉やエバミルクを加えるなど食事の中身を若干イギリス風にした。これにより脚気自体はなくなった。しかし、高木はビタミンの存在に気づかず、単にタンパク質が増えたためと考えた。
1896年には、クリスティアーン・エイクマンが滞在先のインドネシアで米ヌカの中に脚気に効く有効成分があると考えた。
物質としてビタミンを初めて抽出、発見したのは鈴木梅太郎であった。彼は1910年、米の糠からオリザニンを抽出し論文を発表した。ところが日本語で発表したため世界に広まらなかった。1911年には、カジミール・フンクがエイクマンにより示唆された米ヌカの有効成分を抽出することに成功した。1912年、彼は自分が抽出した成分の中にアミンの性質があったため、「生命のアミン」と言う意味で "vitamine" と名付けた。このとき発見されたのは、ともにビタミンB1（チアミン）である。
ビタミン 発見の歴史
1913年エルマー・ヴァーナー・マッカラムは、バターまたは卵黄の脂肪の中にネズミの成長に不可欠な成分があることを発見し、翌年（1914年）その成分の抽出に成功した。マッカラムの抽出した成分は、フンクが抽出した成分と明らかに異なるため、前者を「油溶性A」、後者を「水溶性B」と名付けた。
1920年ジャック・セシル・ドラモンドが柑橘系果物の中の壊血病を予防する成分の抽出に成功した。「生存に不可欠な微量成分」＝「ビタミン (vitamine)」の名称は、既に日常的に使用されていたが、これら新発見の成分は明らかにアミン (amine) の化合物ではなかった。そこでドラモンドは、ビタミンの発音はそのままで若干スペルを変更すること (vitamin) を提案し、発見した壊血病を予防する成分を「ビタミンC」と命名した。同時に、前段の「油溶性A」および「水溶性B」もそれぞれ「ビタミンA」、「ビタミンB」と命名されることとなった。以降、vitaminの綴りが定着していくことになる。
その後、生命に必要な成分はいくつか見つかり、その都度、正式な化学構造が判明し適切な名前を付けるまでの仮称として、D, E, F, … と順に名付けられた（ビタミン K を除く）。また、ビタミンBに関しては、非常に似た性質を持つグループがあることが分かり、ビタミンB群として、B1, B2, B3, … と順に名付けられた。
ビタミン 発見の歴史
さらにその後、ビタミンFなど、いくつかのビタミンは間違いであることや、ビタミンHなど、B群であることが判明し消滅した。その後、各ビタミンの構造が明らかになり、適切な名称が付けられたが、ビタミンB12（シアノコバラミン）やビタミンC（アスコルビン酸）など、ビタミンの方が知名度が高いものもある。また、化学構造の解読が早かったり、解読の結果B群に属することが明らかになった結果、仮称（「ビタミン～」）が一般的でないビタミンも存在する（葉酸（ビタミンMもしくはビタミンB9）、ナイアシン（ビタミンB3）など）。
2003年にはピロロキノリンキノン (PQQ) が半世紀ぶりに新しいビタミンとして発表されたが、その後ビタミンとははっきりとはいえないとされた。
2023年、マルチビタミンのサプリメントと高齢者の認知能力の向上との間に、明確な因果関係があることを示す研究が発表された。
ビタミン ビタミン様物質
ビタミンの定義に当てはまらないが、ビタミンと似た作用のある物質をビタミン様物質と呼ぶことがある。
ビタミン様物質のなかには、歴史的には誤ってビタミンと考えられたもの、あるいは定義の変更によりビタミンとされなくなったものも含まれる。
一例:
以下には過去に誤ってビタミンと考えられた物質を挙げるが、俗にビタミン様物質と呼ばれているものはこれらに限らず、ビタミン様物質とすら呼ぶべきでない物質や同定できない物質も含まれている。
ビタミン バイオファクター
ビタミン、ビタミン様物質の他、ポリフェノール、不飽和脂肪酸などの生体機能の調節作用のある化合物の総称として、バイオファクターと呼ぶことがある。
日本ビタミン学会では、カロテノイド、ポリフェノール、不飽和脂肪酸、ユビキノン、ビオプテリン、活性リン脂質、ピロロキノリンキノン、カルニチン、α-リポ酸などをバイオファクターとして挙げている。
フェルマー数
フェルマー数（フェルマーすう、英: Fermat number）とは、22n + 1（n は正整数）で表される自然数のことである。n 番目のフェルマー数はしばしば Fn と記される。
フェルマー数 概要
その名の由来であるピエール・ド・フェルマーは、この式の n に正整数を代入したとき常に素数を生成すると主張（予測）したが、1732年にレオンハルト・オイラーが n = 5 の場合に素数でないことを示し、フェルマーの主張は誤りと確認された。素数であるフェルマー数はフェルマー素数と呼ばれる。
実際にフェルマー数の値の最初の方をいくつか計算してみると、
F0 = 21 + 1 = 3
F1 = 22 + 1 = 5
F2 = 24 + 1 = 17
F3 = 28 + 1 = 257
F4 = 216 + 1 = 65537
F5 = 232 + 1 = 4294967297
F6 = 264 + 1 = 18446744073709551617
F7 = 2128 + 1 = 340282366920938463463374607431768211457
フェルマー数 概要
F8 = 2256 + 1 = 115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639937
が得られる。
F4 = 65537 までは、257 未満の既知である全ての素数で割りきれないことを確かめることで、容易に素数であることを確認できる。
しかし F5 以降は（17世紀当時の計算技術から見ると）相当に巨大な数であると同時に小さな素因数を含んでいないことが、フェルマーを幻惑し反証の発見にはオイラーを待つこととなった要因の一つである。
フェルマー数 性質
フェルマー数は次の漸化式を満たす：
Fn = (Fn−1 − 1)2 + 1
Fn = Fn−1 + 22n−1F0 ⋯ Fn−2
Fn = Fn−12 − 2(Fn−2 − 1)2
Fn = F0 ⋯ Fn−1 + 2
フェルマー数は全て奇数であるから、4番目の式から、どの2つのフェルマー数も互いに素であると分かる。
フェルマー数は、例えば次の合同式を満たす。
2m + 1 (m ≥ 2) の形の素数はフェルマー数である。一般に、am + 1 (a ≥ 2) が素数ならば、a は偶数で m は 2 の累乗となる。実際、am + 1 は奇数だから am すなわち a は偶数である。また、m が 1 より大きい奇数 k で割れるならば am/k + 1 で割れる。
このことから、2m + 1 (m ≥ 2) が素数ならば、m = 2n を満たす自然数 n が存在する。つまり 2m + 1 = Fn である。
フェルマー数 Fn (n ≥ 2) の素因数は k · 2n + 2 + 1 (k ≥ 3) の形をしている（エドゥアール・リュカにより証明）。フェルマー数はどの2つも互いに素なので、任意の n に対して k · 2n + 1 (k = 1, 2, …) の形の素数が無数に存在することが導かれる。また実際に 3 · 2n+2 + 1 が Fn を割り切る例が存在する。
フェルマー数 性質
フェルマー数 Fn の最大素因数を P(Fn) とすると
P(Fn) ≥ 2n+2(4n + 9) + 1
が成り立つ。
全てのフェルマー数の素因数全体の集合を S とする。Golomb (1955) は S の元の逆数和が収束するか否かという問題を提出したが、(Křížek, Michal, Florian 2002) は S の元で x より小さいものの個数は
O(x1/2log x)
となることを示し、この問題を肯定的に解決した。
22m ≡ −1 (mod Fm) より、2 の Fm を法とする位数は 2m+1 で、これは Fm − 1 の約数である。すなわち、フェルマー数は 2 を底とする擬素数である。また、フェルマー数の積
FmFn⋯Fs (2s > m > n > ⋯ > s)
も擬素数である (Cipolla, 1904)。