Il 1° ottobre del 1964 entrò in funzione, nella tratta Tokyo Osaka, il primo treno ad alta velocità del mondo, lo Shinkansen. Letteralmente il termine identifica il tipo di tracciato e non il treno, dato che significa "nuovo tronco ferroviario". In effetti fino ad allora i treni giapponesi, a causa della morfologia montuosa del territorio, erano tutti a scartamento ridotto, che consente di superare più agevolmente le asperità. Ma un treno ad alta velocità ha bisogno di uno scartamento standard e di un tracciato con curve di ampio raggio, e dunque fu progettata una nuova linea a tutti gli effetti. Col tempo il termine è passato ad indicare i treni che viaggiavano su quel tipo di linea.
La costruzione del Tōkaidō Shinkansen tra Tokyo e Osaka iniziò nell'aprile 1959, il costo previsto si aggirava sui 200 miliardi di yen, prestati in gran parte dal governo giapponese, e per il resto tramite obbligazioni e un prestito a condizioni agevolate della World Bank. Il preventivo iniziale aveva nettamente sottovalutato l'opera che alla fine costò circa il doppio del previsto, costringendo il titolare dei lavori alle dimissioni nel 1963.
Il Tōkaidō Shinkansen entrò in servizio il 1 ottobre 1964, appena pochi giorni prima dell'inizio delle Olimpiadi di Tokyo. In precedenza il treno espresso che collegava Tokyo e Osaka impiegava 6 ore e 40 minuti per percorrere la distanza, il treno Shinkansen Serie 0 poteva correre a 210 km/h, in seguito aumentati a 220 e ridusse il tempo inizialmente a 4 ore e in seguito a 3 ore e 10 nel 1965. Questo straordinario risultato rese possibili escursioni giornaliere tra la due città (le più grandi del Giappone all'epoca) cambiando lo stile di vita dei giapponesi e diventando rapidamente il mezzo più usato dagli uomini d'affari per gli spostamenti di lavoro. Il servizio ebbe un successo immediato, raggiungendo i 100 milioni di passeggeri in meno di 3 anni il 13 luglio 1967 e il miliardo di passeggeri nel 1976. In occasione dell'Expo 1970 ad Osaka vennero introdotti convogli composti da 16 carrozze. Nel 1992 il Tōkaidō Shinkansen era senza alcun dubbio il treno più utilizzato al mondo, con una media di 23.000 passeggeri ogni ora.
Dal 1970 è in sviluppo, anche se molto lentamente, il Chūō Shinkansen ovvero un JR Maglev a levitazione magnetica, il 2 dicembre 2003 questo treno ha ottenuto il record mondiale di velocità su rotaia raggiungendo i 581 km/h.
La serie 500 è attualmente la detentrice del record di velocità media su linea con una velocità commerciale calcolata in 262 km/h.
La velocità massima rilevata è pari a 443 km/h, inferiore al record del TGV francese, ma ottenuta in condizioni operative e senza modifiche al veicolo o alla linea.
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