小田急8000形電車
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10年程かけて実施されていることから、施工時期による仕様の差異が多岐にわたる。これらの仕様変更を以下に示す。
3番目に施工され、2004年3月に竣工した8254×6以降は機器面で3000形3次車と共通化が図られた。制御方式・制動方式が変更され、6両編成は編成構成も変更されている。
6両編成の編成構成としては、従来4M2T（MT比2:1）であったところ、デハ8400番台を付随車化し3M3T（MT比1:1）とした。同車は新形式となるサハ8050形のサハ8450番台へと変更され、パンタグラフや主電動機を撤去したほか、台車形式がFS516Tに変更されている。クハと同様に滑走防止装置も設置。
誘導電動機を搭載する電動台車
（写真はFS516B）
付随台車へ改造された元電動台車
（FS516T）
速度センサを新設した付随台車
（FS016）
主回路機器はVVVF化により大きく変更されており、制御装置は三菱電機製の2レベルVVVFインバータ（PGセンサレスベクトル制御・純電気ブレーキ対応）で、IGBT素子を組み込んだIPM（インテリジェントパワーモジュール）が用いられている。デハ8300番台には1C4M2群のMAP-198-15V-115A、デハ8500番台には同じく1群のMAP-198-15V-116Aを搭載する。主電動機も同じく三菱電機製、出力190 kWの三相かご形誘導電動機とし、形式はMB-5102-Aとなる。歯車装置も変更され、歯数比は97:16=6.06となった。これらの変更に伴いM車は台車枠が新造され、台車形式もFS516Aへと変更されている。また主電動機の変更により床面の点検蓋が廃止された。
ブレーキ装置は電気指令式ブレーキに変更され、クハ8250番台にはブレーキ読み替え装置が設置された。車掌用の非常ブレーキスイッチも引き紐式から電気スイッチ式に変更されている。
これらに伴い運転台は大きく変更され、左手操作式ワンハンドルマスコンを備えるデスクタイプとなった。モニタ表示器も計器盤に収められ、装置の機能も追加されたが、TIOSは搭載していない。これに加え、正面の遮光板がカーテンに変更されている。
このほか外観等の変化として、スカートは海側の切欠きがなくなったほか、クハ8250番台（後の4両編成では8150番台）は二段電連に対応した開口の大きなものとされた。また運転士側のワイパーが黒色の電動式に変更、さらに先頭車前面の表示器が連結時に消灯するように変更された。このほかパンタグラフの上昇検知装置の設置が行われている。
客室内の設備面では、優先席部の荷棚高さとつり革高さを低下させ、一般席部のつり革高さも僅かながら低下させた。また先頭車への消火器設置、冷房装置の改良（室内ファン・冷風吹き出し口）等がなされている。
以後も施工時期により以下のような改良が加えられている。
乗務員室の仕切窓を小形化、車掌台の高さを拡大し道具箱を収納（8256×6 (2004.08) より）。
電気連結器増設（8257×6 (2005.03) より）。クハ8250番台（後の4両編成では8150番台）において、既存の96芯電気連結器の下に36芯電気連結器（子電連）が新設されている。先に施工された3編成にも追って実施された。
戸閉解除スイッチ設置、冷房吹き出し口の変更（8259×6 (2005.08) より） 。
マスコンハンドルの形状変更・優先席へのスタンションポール設置（8253×6 (2005.11) より）。
種別・行先表示器のフルカラー化（8252×6 (2006.03) より）。当初は明朝体の表示であった。
空気圧縮機をマルチユニットタイプに変更（8266×6 (2007.03) より）。6両編成はMBU1600T-1、4両編成はMBU1100T-1となる。
デスクタイプに変更された運転台
（写真はクハ8263）
電気連結器が増設された前面
種別・行先表示器もフルカラーLEDに変更された
フルカラーLEDに変更された側面の種別・行先表示器
2007年8月竣工の8260×6からは内装において、スタンションポールの形状変更と増強、色分け（7人掛け座席部を2本に、優先席部を黄色に）、出入口部の床面を凹凸のある黄色のものへ変更、座席前に並ぶつり革のうち一部の高さを50 mm低くする など、4000形の意匠を取り入れた仕様に変更された。またD-ATS-Pを搭載し、運転台に表示灯が設置された。このほかマスコンをオートリターン式（手を離すとニュートラル位置に戻るもの）にするとともに、形状が変更されている。
さらに同年11月竣工の8264×6からは、優先席エリアの色分け・明確化（淡黄色の内装と青色の床材に変更）が行われたほか、主電動機も4000形と同様の全密閉式である三菱電機製のMB-5123-Aに変更、これにより電動台車の形式もFS516Bに変更された。また車体側面の「OER」の切り抜き文字が撤去された。
2008年3月竣工の8051×4を皮切りに、2007年度から4両固定編成の更新も開始された。基本的な施工内容は6両編成と変わらないが、以下のような違いがある。
併結に対応する車種を変更（クハ8150番台）
ブレーキ読み替え装置を搭載せず、HSC車との併結が不可能。これは2008年のダイヤ改正以降は分割・併合が大幅に減少し、連結する編成を電気指令式ブレーキ使用車両に限定することが可能となるためである。
モニタ装置用の伝送読替装置を搭載し、TIOS搭載車との併結に対応する。3000形3次車以降との併結が可能となるが、営業運転での実績はない。
SIVに5000形の廃車発生品を流用。形式はINV095-H1であり6両編成と異なるが、基本的な仕様・外観は同一である。
以後も以下のような変更が行われている。
種別・行先表示器の表示書体をゴシック体に変更、またドアの戸閉力弱め制御機能を追加（8051×4 (2008.03) より）。表示書体の変更については、2012年11月から12月にかけて既存のフルカラーLED車にも実施された。
つり革の増設（8057×4 (2008.11) より）。扉間の中央部枕木方向に3つ、1両あたり9つが増設された。
車椅子スペース部の収納座席を廃止、また中間車の優先席位置を変更（8054×4 (2009.02) より）。なおクハ8050・8550番台の車椅子スペース部には車椅子用のスロープ板を収納している。また既存車も後に収納状態で固定された。
改造銘板を「小田急車両」のアクリルプレートから「小田急車両工業」のステッカーへ変更（8052×4 (2010.08) より）。
走行中に側面表示器が消灯する機能を追加（8058×4 (2011.04) より）。後に既存車にも実施。
4000形の意匠を取り入れた室内
ゴシック体での表示に変更された種別・行先表示器
クハ8063のLED車内照明
2011年8月竣工の8063×4では川重車両テクノ製、翌年3月竣工の8066×4では東芝ライテック製のLED照明が、いずれもクハ8050番台のみ試験的に採用された。
2012年8月竣工の8055×4以降で本格採用され、同編成は川重車両テクノ製、以後に施工された4編成は東芝ライテック製となっている。
2013年度、最後に更新された8061×4・8059×4の2編成では新たな制御装置が試験的に採用された。三菱電機製の3レベルVVVFインバータで、IPMに代わりハイブリッドSiCモジュールを用いたいわゆる「ハイブリッドSiC」となっている。従来のモジュールと比較してスイッチング素子はSi-IGBTで変わらないが、還流ダイオードがSiC-SBDに変更さてれている点が新しい。なお主回路システム自体は従来車からVVVFインバータのみ変更したものとしており、主電動機等は従来車と変わらない。大幅な小型軽量化（装置の筐体寸法・重量がともに約40%減少）、約15%の消費電力削減（低損失であることや高温動作特性により、力行電力量の減少と回生ブレーキ力が向上）が実現しており、この試験結果は2014年度よりリニューアルを開始している1000形に反映された。なおこちらはスイッチング素子にもSiC-MOSFETを使用するいわゆる「フルSiC」とされた点が大きく異なる（なお現在両編成共に廃車されたため、この形態は消滅している）。
また、2012年度末で小田急車両工業の事業が小田急エンジニアリングへ引き継がれたことにより、本グループは小田急エンジニアリングにより改造が施工されており、銘板の表記も同様に変更されている。