北越急行ほくほく線
閉塞方式は単線自動閉塞式である。列車集中制御装置 (CTC) とプログラム式進路制御 (PRC) を併用し、進路設定の上で支障となる要因がなくなると30秒で進路を設定できる。
開業当初は列車密度および最高速度の問題と160 km/h運転の可否(GG信号の点灯不点灯)を手前から判断する必要から、出発信号機8機と閉塞信号機22機を使用して閉塞区間を比較的短区間で設定しており、本線の1閉塞区間の平均の距離は1,566メートルであった。
2015年3月14日以降は特急列車の160 km/h運転を終了し、加えて列車の設定本数が半減したため、本線にある閉塞信号機はJR線と接続する六日町 - 赤倉信号場間とくびき - 犀潟間の各1か所を除いて使用停止とし、それ以外の区間では列車の交換施設がある駅または信号場の間に設置されていた複数の閉塞区間を統合して1つの閉塞区間とした。なお、使用停止となった閉塞信号機は2016年度中にすべて撤去されているが、長大トンネル内での走行位置を運転士が判断できるようにする必要性から、従来閉塞信号機が合った個所に黄色い丸の反射板と数字による「地点標識」を順次新設しており、地点標識での確認喚呼を新たに設けている。
最終的に総工費は、地方新線建設費として1026億円、高規格化255億円の合計1281億円となった。工事期間中、死者は10名、負傷者は54名であった。
この間、開業の5年前の1992年(平成4年)に路線の正式名称が「ほくほく線」に決定した。これは、北越急行と沿線自治体が沿線住民を対象に実施したアンケートから、「温かいイメージで親しみやすく、呼びやすい」という理由で選ばれたものである。異例の早い時期の路線名決定は、工事再開後もトンネル工事の遅延と高規格化工事で開業が遅れた結果である。
試運転は施設が完成した1996年(平成8年)9月から開始されたが、狭軌での160 km/h運転や狭小・単線・長大トンネルでの高速走行などは前例・基準が存在しなかったため、ほくほく線を用いた諸試験が北越急行のほか、鉄道総合技術研究所、公団、運輸省、JR東日本、JR西日本によって実施され、同年10月7日からは681系2000番台による160 km/h運転試験が開始された。結果は比較的良好ではあり特段の問題は見られず、監督官庁から設計最高速度160 km/hの認可を付与された。しかし、後述するように単線トンネルでの気圧変動が車体に及ぼすダメージが経年とともに顕在化する恐れがあったため、北越急行自らの判断でさらなる技術的な検討を待ってから実際の160 km/h運転を開始することにとし、当初の特急列車の最高速度は140 km/hとされた。
線内の普通列車として開業時より運用される車両で、開業時点ではイベント兼用車2両含む9両を製造。1999年に1両、2003年にイベント車2両が増備された。
イベント車4両は「ゆめぞら」と称し、トンネルが多くあまり景色が見られないという路線特徴を逆手に取り、トンネル走行時に車内にて映像が上映される。
2003年に増備された100番台「ゆめぞら」のみ片運転台の2両編成で、それ以外は両運転台の車両である。
HK100形0番台
2013年11月16・17日に臨時列車「ほくほくぐるり一周号」として入線した。
全線で橋梁が28か所、高架橋が35か所、架道橋が69か所、線路橋が3か所、溝橋が2か所ある。
構想当初から首都圏と北陸を結ぶ優等列車や貨物列車の運転が考えられていたためKS-16荷重を採用していた。しかし国鉄再建法に伴う工事中断とその後の第三セクター方式での建設再開に際して、旅客専用線として計画を改めており、重い機関車の入線は不可能となっている。第三セクター化後に建設された区間の活荷重はKS-12荷重を採用している。ただし雪かき車の通行は想定されており、設計に際してDD14形・DD53形の両ロータリー式雪かき車の重量が考慮され、荷重試験や軌道検測車による検測ではDD51形が入線している。
高架橋の中に雪が溜まらないようにする対策として、くびき付近では線路と側壁の間が吹き抜けとなっている「開床式高架橋」を採用しているほか、周囲が田園地帯の区間の高架橋には、そもそも側壁自体が設けられていない。一方、しんざ駅と十日町駅の間の高架橋では、赤倉トンネルの湧水をそのまま線路脇に流して融雪している。
最長の橋梁は、十日町 - 薬師峠信号場間にある信濃川橋梁で、全長406.73メートルである。橋脚や橋台は国鉄線として施工されたためKS-16荷重で設計されているが、橋桁は第三セクター化されてからの施工のためKS-12荷重となっている。1径間68メートルの3径間連続トラスを2連用いた橋梁となっている。
先述のように、ほくほく線は数回の工事計画の変更を経て、全線単線、直流1500 V電化で建設されている。しかし、高速運転を実施し、1日の間に数十センチの積雪があるほどの豪雪地帯を通過するため、各種の対策が施されている。