国鉄583系電車
このため側窓後部から屋根へのデザイン処理は独特となり、後に新幹線100系電車でも採用された。
正面愛称表示器は、183系以降の貫通型・非貫通型先頭車のそれと比べ横長かつ天地の寸法が小さい。
文字のみで列車愛称を表示していた時代は、他系列とは異なり書体は切紙風で黄色または黄緑色に黒色の細い縁取り付きとした。
塗色は在来特急車の窓周り赤色(赤2号)に代わって窓周り青色(青15号)とした。この色は20系客車などの寝台車に使われているものと同じであるほか、当初は新大阪で東海道新幹線に接続するため新幹線と共通するイメージを持たせることも考慮された。地色のクリーム色も青15号との相性から、在来特急車のクリーム4号からクリーム1号として落ち着いたイメージを持たせた。塗り分けは「こだま形」のものを踏襲したが、窓周りの青は寝台車としての性格を強調するため幅広となった。また、運転台前面上部は反射防止のため青15号で塗装された。
客扉は戸袋ができるのを避けるため折戸とし、腐食防止のためステンレス製とした。また、側面出入口付近に本系列独自の正方形とした20コマ対応電動巻取式方向幕が装備され新製時より使用された。
なお、本系列は非貫通型先頭車登場前に製造が終了したため落成した先頭車はすべて貫通型である。
また腐食や寒冷地での隙間風防止の観点から外扉の溶接を実施した車両が存在し、中にはクハネ581-7(→クハ715-3)のような事故復旧時に非貫通型に改造された車両もある。
JR東日本秋田車両センター配置のクハネ583形は修繕に際し完全に貫通路が埋められ非貫通型となった。同編成は青森所属時に外扉を溶接しているが、外見上はオリジナルに近く切れ目が入っている。
国鉄分割民営化前後、特急列車の短編成化と分割・併合運転が増加し、本系列も含め従来は使用することがなかった貫通型先頭車を活用する例がでてきた(詳細は後述)。また681系や285系のように設計当初から分割・併合を視野に入れ本系列に類似した外見・構造を持つ貫通型先頭車が登場している。
それ以前の国鉄特急形電車がボンネット形の先頭形状と低い屋根による速度感の強い外観だったのに対し、本系列は寝台スペースの確保のためにほぼ車両限界いっぱいまで広げられており車高が高く、車体側面を垂直とし国鉄特急形電車としては初めて前面貫通路が設置された。
従来の特急形電車では静粛性から電動発電機 (MG) と空気圧縮機 (CP) を客室から遠ざけるため車両先端のボンネットに搭載していたが、本系列は先頭車の貫通構造と寝台列車では昼行列車以上の静粛性を要求されることから機器類とを客室の分離は必須であるためクハネ581形では容量150kVAのMGおよび容量2,000L/minのC2000形CPを搭載する側通路構造の機器室を運転台後位に設置した。
運転台窓配置は従来の特急型から設計変更され、前窓は151系や481系などの曲面ガラスを使わず、新幹線0系電車と同じく平面ガラスで構成された。側窓は0系同様に傾斜させることで屋根部との面変化を少なくした。ただし、0系は流線型であるため側窓の1枚は正面と側面を繋ぐ形で斜めに配置しているが、本系列では側窓を同表面で構成し在来線の車両限界の制約から0系よりも傾斜が強い。
Tnc1:座席定員44人(4人掛ボックス×11)・寝台定員33人(3段×11)
自重:44.4 t
その後、特急「かもしか」に投入されることもあったほか、当初よりすべて国鉄特急色のため2001年に運転された「リバイバル月光」(新大阪 - 下関)・2004年に運転された「リバイバルつばめ」(品川 - 名古屋)などJR他社に貸出されるケースもある。
上述したように当センター所属車を仙台所属車で置換えるため2011年8月18日に仙台車両センターから転入、廃車となる従来からの秋田所属車は同年3月25日に運転された甲子園臨時「秋田県立大館鳳鳴高等学校応援列車」を最後に運用離脱。そして同年9月20日 - 21日にかけて長野総合車両センターへ回送され、同月22日付で廃車された。
Tnc3:座席定員52人(4人掛ボックス×13)・寝台定員39人(3段×13)
自重:44.8 t
1968年の3電源方式電動車の583系移行後も制御車はクハネ581形で増備されており、寒冷地である東北地区使用車は、警笛用シャッターや凍結防止用ヒーター回路が追加される等の対策が施工されていた。さらに東北地区では寝台特急の人気により編成を15両化することが検討された。しかし、15両編成にした場合クハネ581形の150kVAMGでは編成全体の電力容量を確保できないことから、1970年10月のダイヤ改正以降に増備される制御車は通勤形電車の冷房電源用として開発された210kVA MGを搭載する設計変更が行われ、新たに登場したのが本形式である。
資料によってはクハネ581形が581系、クハネ583形が583系の制御車として製造されたように記述されているものがあるが、これは誤りである。
クハネ581形からの変更点は以下のとおり。
運転台後位の機器室を廃止し、小型・大容量の210kVA・MGは床下搭載とし、CPを助士席下の床上に移設。
機器室区画は、座席8名・寝台6名の客室2区画となり定員を増加。
本形式は優先的に青森配置とされたため南福岡新製配置車は、最終増備となる27 - 30の4両のみである。
1983年(昭和58年)から等時隔頻発ダイヤを地方線区に波及させるため余剰となった本系列153両に寝台電車の基本構造を踏襲したまま客用扉増設ならびに運転台取り付け等による短編成化を行った上で419系・715系近郊形電車への改造を施工した。
Ts:座席定員48人(4列×12)
自重:32.7 t
581系登場当初用意されなかった1等車(現・グリーン車)については、国鉄部内でも東北線昼行特急には不可欠と考えられ、583系の開発と並行して座席専用車両のサロ581形が設計・製造された。
系列内他形式車両と車体断面を揃えたため、同様に寝台設備をもたないサシ581形ともども天井が高いという特徴のほか、日よけも他形式と同じく回転式ブラインドを採用。
車内設備はサロ481形に準じた通常のリクライニングシートであるが、以下の点でサロ481形と異なる。 トイレは両車端に各1カ所ずつ設置したサロ481とは異なり、2等寝台車に準じて一方の車端に2カ所とし、一方を和式、一方を洋式として設置。 洗面台は平面鏡付きで3組設置とした一般車とは異なり、鏡を三面鏡として2組を設置する設計を採用。
当初はA寝台車と1等車との設計も考慮されたが、国鉄職員で両系列の設計に関わった星晃は「寝台からリクライニング座席への転換方法についてアイデアはまとまった。下段はリクライニングシートを改造して水平に、側壁から仕切を引き出して個室にして、上段は天井に格納したものを降ろす方法だったと思う。だがモックアップを作っていては時間切れになる恐れが出てきたため採用を断念した」と後年雑誌インタビューで語った。