400系は、かつて東日本旅客鉄道（JR東日本）に在籍した、新幹線直行特急（ミニ新幹線）用新幹線電車である。新幹線と、新幹線と同じ標準軌に改軌した在来線の奥羽本線を直通運転する、山形新幹線「つばさ」用として開発・製造され、1992年（平成4年）7月1日から2010年（平成22年）まで営業運転を行った。車両は増結車の429形を除いて第三セクターの「山形ジェイアール直行特急保有株式会社」が所有（車籍はJR東日本）し、JR東日本が借り受けて運行を行った。編成記号は「L」（試作編成は登場時はS4編成）。当初は全車電動車の6両編成で、「つばさ」の利用者が増加したため、1995年（平成7年）より中間車両（付随車）を1両増結して7両編成となった。分類上は新幹線車両ではあるが、在来線も走行するため、車体長20,000mm・車体幅2,945mmと在来線の車両限界の規格に合わせている。車体は普通鋼製である。本系列やE3系では新幹線の各駅で新幹線専用プラットホームとの間に大きな隙間ができるため、ドアの部分には延長ステップが装備され、新幹線の各駅での停車中に限り自動的にステップが引き出され、ホームとの隙間を埋めている。東京寄りの先頭車（11号車）には分割・併合装置が収められ、他の新幹線と連結することが可能。2001年（平成13年）9月20日までは200系とも連結運転をしていたが、その後の営業運転ではE4系のみと連結運転していた。客室窓は、普通車が座席2列に1枚の大窓を、グリーン車が座席1列に1枚の小窓を採用している。落成時は、窓部分に濃いグレーの帯と、窓下に緑線が入っていた。車体側面に貼付されていたロゴマークには、形式称号の「400」が表記されていた。300系までの新幹線の塗装といえば、白を基調に東海道・山陽新幹線は青の帯、東北・上越新幹線は緑の帯が車体側面に入るのが一般的だったため、グレーが基調のカラーは当時斬新なデザインとされた。1999年（平成11年）12月4日の新庄延伸を機に増備されたE3系1000番台と同一の塗装（シルバー/グレー地に緑線）に順次変更され、ロゴや内装もリニューアルされた。電源は交流50Hz25,000V（新幹線）と交流50Hz20,000V（在来線）の両方に対応している。MM'ユニットを採用し、M車（411形・425形）には主制御器と抵抗器が、M'車（422形・426形）には主変圧器・整流装置・補助電源装置・空気圧縮機・集電装置が搭載される。力行方式は、架線からの交流25kVを主変圧器の2次巻線を等4分割とし、それに耐圧4,000Vのサイリスタと呼ばれる半導体素子とダイオードを取付けたブリッジ（整流回路）を取付けて、4分割構成としたサイリスタ･ダイオード混合ブリッジとし、それにより整流・制御された直流電源で主電動機を駆動するサイリスタ位相制御であり、200系とほぼ同一の制御方式である。主整流装置はRS204である。制動方式は、発電ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキを採用しているが、発電ブレーキは、200系と同じく抵抗器を使用したバーニアチョッパ制御で行われる。また、奥羽本線板谷峠の急勾配区間を走行することから抑速ブレーキも装備する。400系の製造以降、新幹線の制御装置はVVVFインバータ制御が主流となったため、直流モーターを搭載した新幹線車両は、400系が最後である。主変圧器(TM204)は強制風冷式を採用し、1,900kVAの容量を備える。また、変圧器の3次巻線には、架線電圧が切替わった際、切替用タップを作動させて3次巻線の電圧変動を抑える3次電源タップ切替方式が装備されている。運転保安装置は、新幹線区間の自動列車制御装置（ATC-2型・DS-ATC）と在来線区間の自動列車停止装置（ATS-P型）が装備されている。営業最高速度は新幹線区間が240km/h、在来線区間は130km/hである。速度計は当初はアナログ式で補助として右下に7セグメントディスプレイで表示されていたが、その後東北新幹線へのDS-ATC導入に併せてE3系と同様のグラスコックピット式の速度計に置き換えられた。JR東日本の新幹線車両としては初めてボルスタレス台車を採用しており、その後のJR東日本の新幹線車両に採用されている。鉄道総合技術研究所で行われていたミニ新幹線用の台車研究をベースに、DT9028,DT9029,DT9030の3種類が試作された。それぞれ、軸箱支持方式がコイルばね円錐ゴム併用式、円錐ゴム式、片板2枚支持板ゴム併用式である。走行試験の結果や保守性などの観点から、DT9030をベースにしたDT204/DT204Aが製作された。軸箱支持方式は200系のIS式から、片板2枚支持板ゴム併用式に変更された。これは、IS式では軸箱前後に配置されていた支持板により軸箱を支持していたのを、台車中央側からの2枚の支持板により軸箱を支持することで、軸箱支持のコンパクト化を図ったもので、軸箱上部と台車枠の間には、軸ダンパを装備している。引張力・加減速特性などは200系とほぼ同一だが、新幹線区間の高速直進安定性と在来線区間の急曲線の双方に対応できるよう、車輪の踏面形状が従来の新幹線の車輪の踏面形状と比べて、踏面から車輪の内側にあるフランジにかけてのカーブの変化に相違があり、フランジの厚さも薄くなっている。また、前後に配置されている車輪の車軸の距離である軸距が2,500mmから2,250mmに短縮されているほか、歯数比は200系の2.17から2.70に大きくし、新幹線区間の240km/h走行にはモーターの許容回転数を高く設定することで対応している。なお、E4系との併結運転時ではE4系側が引張力・加減速特性などを400系と同じ性能に調整していた。パンタグラフは下枠交差式のPS204形を採用。新幹線区間と在来線区間での架線の違いに対応している。パンタグラフカバーは、在来線の車体限界の関係上搭載されていない。12号車と14号車に搭載されているが、新幹線区間では2台、在来線区間では1台のみ使用となっている。グリーン車・普通車ともに車端の1か所に客用扉・デッキを設けた。便所は当初は2両に1箇所（奇数号車の山形・新庄寄り）に設置されていたが、429形挿入に伴う7両編成化以後は、11・13・15・16号車に設置されている。11・13・16号車は洋式大便器1箇所と小便所1箇所、洗面所1箇所、15号車は洋式大便器1箇所と洗面所1箇所という構成である。車体幅が狭いため、座席配列は普通車は横2列+2列の4列、グリーン車（11号車）は横2列+1列の3列となっている。グリーン車の横3列配置は400系のみである。グリーン車の座席番号はA-B-DでD席が1人掛けの席であり、C席はない。これは後に登場したE3系1000番台ではグリーン車の座席配列を横2+2列としたため、それに合わせたものである。E3系登場以前の1列席の番号はCだった。普通車では指定席車両（12 - 15号車）と自由席車両（16・17号車）では座席の前後間隔（シートピッチ）が異なり、前者はJR東日本の新幹線普通車の標準シートピッチである980mm、後者は着席定員確保の観点から485系などと同じ910mmとされた。当初は、グリーン車が紫系、普通車指定席が茶系、自由席が青系のモケットを採用していた。1999年（平成11年）にE3系を山形新幹線に投入した際に、前述の車体塗色の変更とともに座席のモケットのリニューアルも実施された。本系列に属する各形式名とその車種は以下のとおり。奇数形式と偶数形式でペアを組んでMM'ユニットを構成する。MM'ユニット3組と付随車1両で編成を構成する。2007年（平成19年）3月18日から全面禁煙となっている。試作車は通常の営業運転を行うことを前提として開発されていたが、運転台側面部の楕円窓や、新幹線区間用のステップの構造、床下機器のカバー、車体側面の行先表示器など細部がその後の量産車とは異なる仕様となっていた。落成時の形式および車両番号は暫定的なもので、量産化改造時に営業用車両の形式・車両番号に改称された。車両が在来線の車両限界で設計されているため、フル規格の新幹線車両とは違い、車両の断面積が小さいため空気抵抗が少なく、これを利用して運用開始前の1991年（平成3年）に上越新幹線で高速度試験を実施している。3月16日には336km/hを、9月19日には348.8km/hを記録している。1992年（平成4年）7月1日の山形新幹線（福島 - 山形）開業と同時に「つばさ」で営業運転を開始した。東北新幹線区間（東京 - 福島）では200系と連結する列車が大半であったが、下り初発・上り最終列車や臨時列車では他車両と連結されず、単独で走行する場合もあった。1999年（平成11年）4月29日からは、E4系と連結される列車が設定された。さらに、同年12月4日には山形新幹線（山形 - 新庄）延伸開業がなされ、運用区間も新庄まで伸びた。2001年（平成13年）9月21日以降は、200系と連結する運用が消滅した。なお、「つばさ」だけでなく、間合い運用で東京駅 - 那須塩原駅間運転の「なすの」（朝夕の一部列車。E4系と連結）にも使用されていた。また同じく山形新幹線区間を走行するE3系1000・2000番台とは共通運用が組まれていた。2008年（平成20年）12月からE3系2000番台による置き換えが開始され（後述を参照。）、2010年（平成22年）4月18日の「さよなら400系 つばさ18号」をもって400系は営業運転を終了した。本系列は1992年（平成4年）の運用開始から既に15年以上経過しており、経年に達していた。そこで、2007年（平成19年）7月3日付のJR東日本のプレスリリースにおいて、E3系をベースとした新型車両を導入することが明らかになった。2008年（平成20年）10月には新型車両の形式称号がE3系2000番台であることが明らかにされ、同年12月から順次置き換えられる計画が明らかとなった。これにより、400系はL3編成以外はすべて置き換えられて廃車となった。試作編成でもあるL1編成は2008年（平成20年）12月16日に定期運用から離脱して小山新幹線車両センターに疎開していたが、2009年（平成21年）1月9日に小山新幹線車両センターから新幹線総合車両センターへ廃車回送された。廃車となった車両は廃車手続と同時に所有者の山形ジェイアール直行特急保有株式会社に返却している。これが400系の中で最初の運用離脱編成となった。2009年（平成21年）9月18日以降、在籍・営業運転に充当されている編成は、L3編成のみとなった。L3編成の両先頭車両には2009年（平成21年）12月6日以降、2010年（平成22年）2月末まで、山形新幹線新庄延伸10周年を記念したロゴ「おかげさまで新庄延伸10th」が貼り付けられていた。2010年（平成22年）4月にE3系L72編成が投入され、これによって400系は営業運転から撤退することが発表された。営業運転終了を記念して、4月3日に「ありがとう400系 つばさ18号」が、4月18日に「さよなら400系 つばさ18号」が運転され、これをもって400系は営業運転を終了した。同月30日付けでL3編成が廃車となり、本系列は消滅した。なお、2010年（平成22年）4月17日の朝日新聞サイトで、JR東日本が「鉄道遺産」として411形1両の保存を決定したとの報道があった。2014年11月5日、JR東日本は2017年秋に予定されている鉄道博物館のリニューアル・新館増築を発表し、これまで福島駅構内に保管されていた400系の先頭車1両が鉄道博物館に展示されることになった。400系の営業運用からの撤退を記念し、新庄駅 → 東京駅間で臨時列車が2本運転された。全席指定席で200系やE4系との連結は行われず、全区間400系単独走行である。つばさ18号は、開業から18年で引退するという意味を込めた列車名である。運転時には、記念乗車証明書が配布された。4月18日運転の「つばさ18号 さよなら400系」運転時には、新庄駅と山形駅で出発式が開催された。1日駅長による出発合図や、創作太鼓 鼓笛（新庄駅）/花笠踊り（山形駅）などが行われた。

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