東京、名古屋、大阪の日本三大都市間を高速移動するための交通手段のひとつであり、1日あたりの列車本数は365本、1日あたりの輸送人員は約45.2万人（年間約1億6,500万人）、年間収入は約1兆2,119億円にも及ぶなど、高速鉄道でありながら通勤路線にも匹敵する世界有数の大量輸送サービスを提供している鉄道路線である（数字はいずれも2016年度）[5]。JR東海の運輸収入の92%を稼ぎだすドル箱路線であり[6]、45%という同社の高い営業利益率を生み出す日本屈指の高収益路線でもある（2019年度）[7]。三大都市圏を結ぶ都市間連絡鉄道としての性格から、利用客の約7割は出張・ビジネス利用である[8]。

大都市近郊区間について、東海道新幹線の東京駅 - 熱海駅間は東京近郊区間に含まれていない（在来線の東海道本線の同区間は含まれている）のに対し、米原駅 - 新大阪駅間は大阪近郊区間に含まれている。歴史的には、新幹線と在来線の同一区間は大都市近郊区間に含まれていたが、1999年（平成11年）に東日本旅客鉄道（JR東日本）が東京近郊区間を東海道本線の熱海駅まで拡大した際、JR東海は東海道新幹線の東京駅 - 熱海駅間を東京近郊区間に含めなかった[注 1]。

JR東海の在来線が存在しない地域（東京都・京都府・大阪府）まで路線が延び、両端の終着駅で自社の在来線に接続しない唯一の新幹線となっている[注 2]。

また、東海道新幹線は国鉄時代からの「線路名称」上では並行在来線である東海道本線の無名枝線（1982年までは線増）という扱いである。ただし、国鉄分割民営化時に当時の運輸省に提出された事業基本計画や国土交通省監修『鉄道要覧』では東海道本線とは別の路線として掲載されている。

東海道本線が東京駅 - 神戸駅間の路線であるのに対し、東海道新幹線は山陽新幹線開通後も東京駅 - 新大阪駅間である。なお時刻表上では、山陽新幹線開通後は「新幹線」と表記されていたが、東北新幹線開通後は「東海道・山陽新幹線」と線名表記に戻っている。

◯は「のぞみ」の停車駅
路線データ

距離（実キロ）：515.4 km（営業キロは552.6 km）。

東海道新幹線は東海道本線（在来線）の線増（複々線）として建設された経緯があるため、実キロと営業キロとの間に差がある。


軌間：1,435 mm（標準軌）

駅数：17（起終点駅含む）

このうち、東海道新幹線単独駅は2駅（在来線が他社管理となる駅も計上すると10駅）である。


信号場数：2

複線区間：全線

電化区間：全線（交流25,000 V・60 Hz、架空電車線方式）

運転方式：車内信号によるATC方式

保安装置：車上主体型によるデジタル式のATC-NS

複数個所の機器室にタンス・サーバーラック状の処理装置を分散配置

2006年3月までは、地上主体型によるアナログ式のATC-1


道床：バラスト軌道

曲線半径：2,500m[1]（東京都、静岡県静岡以東、愛知県、京都府、大阪府内）、3,000m（神奈川県、静岡県静岡以西、岐阜県、滋賀県内）[9]

運転指令所：新幹線総合指令所

非常時に備え、新幹線第二総合指令所が設置されている。


列車運行管理システム：新幹線運行管理システム（通称 COMTRAC〈コムトラック〉：Computer aided Traffic Control System）

構造種別延長割合：路盤 53%、橋梁 11%、高架橋 22%、トンネル 13%[10]

東京駅 - 岐阜羽島駅は新幹線鉄道事業本部の直轄、米原駅 - 新大阪駅はその下部組織にあたる関西支社の管轄である。
駅一覧「のぞみ」の詳しい停車パターンについては「のぞみ (列車)#停車駅」を、「ひかり」の詳しい停車パターンについては「ひかり (列車)#停車駅」を参照

キロ程は東京駅からの累計距離。

乗り換え路線名は、一部は正式路線名を示す。カッコ内のアルファベットと数字は駅番号。

各列車の東海道新幹線内の停車駅については停車駅表を参照

†印：ホームドア設置駅

駅名営業
キロ実キロ停車接続路線所在地
東京駅 山区 †0.00.0全東日本旅客鉄道： 東北新幹線・上越新幹線・北陸新幹線
中央本線（JC 01）・ 山手線（JY 01）・ 京浜東北線（JK 26）
東海道本線（JT 01）・ 東北本線・高崎線・常磐線（JU 01）
横須賀線・総武本線（JO 19）・ 京葉線（JE 01）
東京地下鉄： 丸ノ内線（M-17）・ 東西線（大手町駅、T-09）東京都千代田区
品川駅 山区 †6.86.8全東日本旅客鉄道： 山手線（JY 25）・ 京浜東北線（JK 20）
東海道本線・東北本線・高崎線・常磐線（JT 03）・ 横須賀線・総武本線（JO 17）
京浜急行電鉄： 本線（KK01）港区
新横浜駅 浜 †28.825.5全東日本旅客鉄道： 横浜線（JH 16）
相模鉄道： 相鉄新横浜線（SO52）
東急電鉄： 東急新横浜線（SH01）
横浜市営地下鉄： ブルーライン（B25）神奈川県横浜市
港北区
小田原駅83.976.7 東日本旅客鉄道： 東海道本線（JT 16）
小田急電鉄： 小田原線（OH47）