JR西日本321系電車
伝送速度は207系の 1 kbps から 10 Mbps と大幅に向上し、力行・ブレーキの編成単位での制御が可能となった。幹線と端末装置を2重系として冗長性を確保しているが、従来の機器ごとの引き通し線も設けており、「ソフト・ハード双方の信頼性の実績を示すデータが蓄積できた後、伝送のみで制御するシステムに移行させる予定」としている。
連結器は1編成を1車両として運用する考え方を基本としたため、中間連結部は半永久連結器を使用することを基本としている。ただし明石支所にある車輪転削線の有効長の都合上、3両と4両に分割できるようにするためにモハ320形後位およびサハ321形前位は密着連結器としている。先頭車運転台寄りの連結器も密着連結器としているが、営業列車での増解結作業が存在しないことから、電気連結器・自動解結装置は搭載しない。
保安装置は、新製当初からATS-SW,ATS-Pに加えてEB・TE装置を搭載する。中間車と先頭車で床下機器配置を極力共通化するため、従来は床下に搭載されていたATS制御装置は床上に設置する事とした。それに対応するため、ATS-P制御装置を小型化し、ATS-SWとの機能集約を行ったATS-P3制御装置を開発して搭載した。
警笛は、空気笛・補助警笛のミュージックホーンが先頭車両床下に搭載されている。
車両制御装置(山側)
車両制御装置(浜側)
フィルタリアクトル
電動空気圧縮機・除湿装置
WDT63電動台車
WTR246付随台車
先頭車運転台寄りに装備されるWTR246A付随台車
集電装置
冷房装置
第1編成は2005年(平成17年)7月19日に近畿車輛で落成し、その後第2編成以降も同社で順次製造されたが、同年12月1日までは全ての編成が長期的に試運転が行われたり、普段は乗り入れがない福知山電車区や、後に乗り入れを開始する奈良電車区(現在の吹田総合車両所奈良支所)へと回送されて乗務員訓練を行った。
当初は201系・205系や207系試作編成と共通運用されていたが、2007年(平成19年)1月までに全編成が出そろい、同年3月18日をもって普通列車は207系・321系に統一された。ただし一部の編成は回生ブレーキ改善工事のため、近畿車輛に入場しており、この時は置き換えられた201系の一部が運用に復帰している。
前述のパンタグラフ増設によりJR東西線への乗り入れが可能となり、2008年(平成20年)3月15日よりJR東西線・片町線(学研都市線)京田辺駅への乗り入れが開始された。2010年(平成22年)3月13日からは木津駅 - 同志社前駅間各駅のホームを7両編成に対応できるよう延伸したことによって、快速の運用にも充当されるようになった。その後2012年よりおおさか東線・大和路線に直通する直通快速にも充当されるようになった。
2022年(令和4年)3月12日現在、39本273両すべてが網干総合車両所に所属し、明石支所に配置されている。