運営は1964年（昭和39年）の開業から1987年（昭和62年）の国鉄分割民営化までは国鉄が行っており、国鉄の事業がJR各社に譲渡された際から、東北・上越新幹線は東日本旅客鉄道（JR東日本）が、東海道新幹線は東海旅客鉄道（JR東海）が、山陽新幹線は西日本旅客鉄道（JR西日本）が運営を行っている。

JR移行後に開業した整備新幹線では、北陸新幹線をJR東日本とJR西日本が、九州・西九州新幹線を九州旅客鉄道（JR九州）が、北海道新幹線を北海道旅客鉄道（JR北海道）が運営を行っている。なお、三島会社はJR発足当時いずれも新幹線を運営していなかったが、整備新幹線の開業に伴い、JR九州は2004年（平成16年）以降、JR北海道は2016年（平成28年）以降、新幹線を運営している。JR旅客6社のうち四国旅客鉄道（JR四国）は新幹線の運営に携わったことがない。
法的な位置づけ

冒頭で述べたとおり、全国新幹線鉄道整備法では、新幹線鉄道を「その主たる区間を列車が200キロメートル毎時（以降km/hと記す）以上の高速度で走行できる幹線鉄道」（第2条）と定義している[9]。「その主たる区間」であるから、局所的に200 km/h未満の速度でしか走行できない区間が存在しても新幹線鉄道である。新幹線を法律で定義しているのは、在来線とは異なる運転規則や構造規則（いずれも省令）が必要なためである。

列車の運行を妨げる行為に対しては、一般の鉄道でも鉄道営業法や刑法などに規定があるが[10]、それに加えて、新幹線鉄道における列車運行の安全を妨げる行為の処罰に関する特例法（新幹線特例法）などによって、より厳しい法的措置が定められている[10]。

なお、一般にミニ新幹線として称され、時刻表にも新幹線（の一部）として記載されている山形新幹線・秋田新幹線は、在来線を改軌して対応する一部の新幹線列車が走行できるようにしたものであり、目視による安全確認を要する信号機とATSの組み合わせによる列車防護、踏切道の存在など、新幹線鉄道構造規則に準じた構造（後述の「路線・軌道設備」を参照）とはなっておらず[5]、全国新幹線鉄道整備法上の新幹線鉄道には含まず、在来線の扱いとなっている（後述の「在来線への直通」並びに両路線の記事を参照）。
最高速度

これまでに建設された新幹線は、ミニ新幹線を除いて、1964年（昭和39年）に開業した東海道新幹線から全て設計最高速度260 km/hで建設されている[11]が、開業時から260 km/h運転を実施するようになったのは1997年（平成9年）10月1日開業の北陸新幹線（当時の通称は長野新幹線）からである。

現在の最高速度は320km/hとなっている。

日本の新幹線の営業最高速度開業年月日路線全幹法
の分類通称最高速度
開業時2023年現在
1964年（昭和39年）10月01日東海道新幹線新幹線新幹線210 km/h285 km/h
1972年（昭和47年）03月15日山陽新幹線（岡山駅以東）300 km/h
1975年（昭和50年）03月10日山陽新幹線（岡山駅以西）
1982年（昭和57年）06月23日東北新幹線（盛岡駅以南）320 km/h（宇都宮駅 - 盛岡駅間）
1982年（昭和57年）11月15日上越新幹線275 km/h
1992年（平成04年）07月01日山形新幹線在来線ミニ新幹線130 km/h130 km/h
1997年（平成09年）03月22日秋田新幹線
1997年（平成09年）10月01日北陸新幹線（長野駅以南）[注 2]新幹線整備新幹線260 km/h260 km/h
2002年（平成14年）12月01日東北新幹線（盛岡駅以北）
2004年（平成16年）03月13日九州新幹線
2015年（平成27年）03月14日北陸新幹線（長野駅以北）
2016年（平成28年）03月26日北海道新幹線
2022年（令和04年）09月23日西九州新幹線
2024年（令和06年）03月16日北陸新幹線（金沢駅以西）
2027年（令和09年）0予定中央新幹線リニア新幹線（建設中）505 km/h[12]
詳細な路線一覧は「路線」節を参照
呼称

「新幹線」という呼称は、かつての鉄道省が東京と下関を結ぶ高速鉄道計画に対して、遅くとも1939年（昭和14年）の時点で用いていた用語である[13]（ただし、この計画については当時の世相を踏まえて「弾丸列車」と呼ばれることの方が多かった）。さらに以前の大正期には「新しい幹線交通」を指す用語として「新幹線」の用語が用いられていたという[13]。

法律上、最初に「新幹線鉄道」の語が現れるのは、昭和39年6月22日法律第111号「東海道新幹線鉄道における列車運行の安全を妨げる行為の処罰に関する特例法」（現「新幹線鉄道における列車運行の安全を妨げる行為の処罰に関する特例法」）である。東海道新幹線は在来線である東海道本線の線増として建設されたために「東海道新幹線鉄道」とされた。

『新幹線』という名称は、東海旅客鉄道・東日本旅客鉄道・西日本旅客鉄道の3社名義にて、複数の分野で商標登録されている。例えば「鉄道による輸送」では第3066558号である。

日本国内の駅内の案内板等の英語表記では、路線を指す場合は「しんかんせん」のローマ字表記である Shinkansen を使用し、列車名（便名）を表す場合は、各駅に停車する列車も含め、かつて「ひかり」の種別として用いられていた「超特急」の直訳である Superexpress を愛称名の後ろに付けて「NOZOMI Superexpress」などと表現している。これは特急（特別急行列車、Limited express）と急行列車（Express）を異なる種別として認識し、さらに新幹線を（通常の）特急とも区別しようとする日本独特の表現とも考えられる[14]。

日本国外において新幹線について言及する際は「Shinkansen」と表記される一方で、戦前からの計画名称である「弾丸列車」の直訳である「Bullet train」の表現を用いることがある。例えば、1975年（昭和50年）に日本で公開され、翌年アメリカで公開された映画『新幹線大爆破』の英題の1つも "The Bullet Train" であり、2022年公開の新幹線を舞台にしたブラッド・ピット主演の映画タイトルも「ブレット・トレイン」(Bullet Train) である）。
主要技術

新幹線鉄道は、その大部分の区間において200 km/hを超える速度で運行するため、在来線鉄道とは異なったさまざまな技術が用いられている。速度のみならず、乗り心地や安全面でも世界的に見ても非常に高い水準が確保されている。
路線・軌道設備標準軌 (1,435 mm)。東海道新幹線で最小の曲率半径500m
（品川 - 新横浜間・武蔵小杉駅付近）新幹線の高架橋
（上越新幹線回送線・新潟市）踏切は設置せず、立体交差と防護柵で安全運行を図る
（東海道新幹線・名古屋市緑区）プラットホームの安全柵
（東海道新幹線・東京駅）

路線は、在来線と別ルートで新規に建設した線路設備を用いる。設備の構造については省令の「新幹線鉄道構造規則」に規定されている。在来線を改良したミニ新幹線と区別するため、「フル規格」とも呼ばれる。

軌間は標準軌 (1,435 mm) を用いている。ただし標準軌が「新幹線」の法的な条件というわけではなく[15]、軌間に狭軌 (1,067 mm) を用いつつ高速走行を可能とした「新幹線」もありえる[15]、こうした方式の新幹線を新幹線鉄道規格新線（スーパー特急）し、この方式で建設に着手された路線もある（ただしいずれも建設途中で標準軌規格に変更されており、スーパー特急方式で開業した新幹線路線は存在しない）。