JR東日本E721系電車
0番台のワンマン運転対応車については一部を除き701系と共通運用で、その他は独自の運用である。 2010年10月20日より701系との併結運転が行われている。 東北本線:新白河駅 - 一ノ関駅・岩切駅 - 利府駅 2017年10月13日までは黒磯駅 - 新白河駅間でも運用されていたが、黒磯駅の電力設備改良(交流直流地上切替方式廃止)工事に伴い、交流専用車両が黒磯駅構内に入線できなくなるため、翌14日改正で運用が見直され、701系とともにE531系・キハ110系に置き換えられた。これにより本形式の関東地方への乗り入れが消滅した。 常磐線:原ノ町駅 - 岩沼駅 本形式導入に当たって多くの列車が原ノ町駅で系統分割された。 仙山線・奥羽本線:仙台駅 - 羽前千歳駅 - 山形駅 2012年3月17日以降、719系の運用を東北・常磐線に集約し、勾配に強い本系列を朝の上下計3本(701系またはE721系0番台を充当)を除くすべての定期列車で運用していた。
最初に455/457系・417系・717系の老朽取り換え用として、2006年(平成18年)11月から翌2007年10月までの1年間で2両編成39本の計78両(すべてワンマン運転非対応)が導入され、2007年2月1日より東北本線で、3月17日から常磐線で、4月22日から仙山線で順次営業運転を開始し、上記の旧型車117両を置き換え、一旦増備は終了した。
2010年には当初からワンマン運転に対応した増備車2両編成5本の計10両が同年9月に川崎重工業で落成し、同年10月より営業投入されている。これらの編成については701系と共通運用されており、ワンマン運転も実施している。
P-12編成は2020年3月14日のダイヤ改正から磐越西線の郡山-会津若松間に導入される快速「あいづ」の指定席車両として使用するため、仙台車両センターにてクハの後位側半分に14席のリクライニングシート(シートピッチ960mm)を設置する改造が行われた。また同部分の外観は指定席車両である旨を示すため、鶴ヶ城の桜をイメージした装飾が施された。
本節では便宜上、先行製造された500番台P-501編成を先行車、以降の車両を量産車と呼称する。また、特記ない限り、共通の事項を述べることとし、番台ごとの差異は後述する。