ทางวิ่งและขบวนรถ

• เป็นระบบไฟฟ้าขนาดหนัก (heavy rail transit)
• ทางวิ่งยกระดับที่ความสูง 17 เมตรตลอดทั้งโครงการ ยกเว้น (1) ช่วงสถานีกลางบางซื่อ - สถานีหัวลำโพง - สถานีวงเวียนใหญ่ รถไฟฟ้าจะลดระดับลงเป็นรถไฟฟ้าใต้ดินที่ความลึก 12 เมตรจากผิวถนนบริเวณใต้ถนนกำแพงเพชร 5 หลังออกจากสถานีกลางบางซื่อ และจะลดระดับลงเรื่อย ๆ จนถึงความลึกระดับเดียวกับรถไฟฟ้ามหานคร สายเฉลิมรัชมงคล ส่วนต่อขยายช่วงหัวลำโพง-อิสรภาพ ที่ 30 เมตรจากผิวถนน และ 7 เมตรจากใต้ท้องน้ำของแม่น้ำเจ้าพระยา เพื่อลอดข้ามสู่ฝั่งธนบุรี เมื่อพ้นสถานีคลองสานรถไฟฟ้าจะเพิ่มระดับกลับมาอยู่ที่ 12 เมตรที่สถานีวงเวียนใหญ่ ก่อนพ้นเป็นรถไฟระดับดินที่สถานีตลาดพลู (2) ช่วงเข้า-ออกสถานีกลางบางซื่อ ทางวิ่งจะยกระดับที่ความสูงประมาณ 7 เมตรแล้วจะไต่ระดับความสูงขึ้นไปที่ 17 เมตรก่อนเข้าสถานีจตุจักร (3) ช่วงเข้าสถานีดอนเมือง รถไฟฟ้าจะยกระดับขึ้นจาก 17 เมตรเป็น 19 เมตร เพื่อเข้าชานชาลาชั้น 4 ของสถานีดอนเมือง และ (4) ช่วงดอนเมือง - รังสิต - บ้านภาชี หลังจากออกจากสถานีดอนเมือง รถไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดระดับกลับมาอยู่ที่ 17 เมตร แล้วค่อยลดระดับลงไปที่ระดับดินเข้าสถานีหลักหก จากนั้นจะยกระดับกลับไปที่ความสูง 12 เมตรเพื่อเข้าสถานีรังสิต และลดระดับกลับลงมาเป็นระดับดินผสมกับสถานียกระดับไปจนถึงสถานีปลายทางบ้านภาชี
• ขนาดราง 1 เมตร (Meter guage) โดยมีสายไฟฟ้าแรงสูงตีขนานอยู่เหนือราง ระบบรถไฟฟ้าใช้วิธีการรับไฟฟ้าจากด้านบนด้วยแพนโทกราฟ
• ตัวรถเป็นรถปรับอากาศขนาดกว้าง 2.86 เมตร ยาว 20 เมตร ต่อตู้ สูงประมาณ 3.7 เมตร ความจุ 250-300 คนต่อคัน ต่อพวงได้ 3-10 คันต่อขบวน โดย แบบ 6 ตู้จะยาว 121.2 เมตร และ แบบ 4 ตู้จะยาว 81.2 เมตร[2] ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 25 กิโลโวลต์ 50 เฮิรตซ์ ส่งจากสถานีไฟฟ้าแรงสูงจตุจักรของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย และสถานีจ่ายไฟต้นทางบางซื่อของการไฟฟ้านครหลวงเพื่อป้อนระบบขับเคลื่อนรถ สามารถรองรับผู้โดยสารได้ 18,213 คนต่อชั่วโมงต่อทิศทาง
• ใช้ระบบอาณัติสัญญาณเดินรถด้วยระบบอัตโนมัติจากศูนย์ควบคุมการเดินรถ และใช้ระบบเก็บค่าโดยสารอัตโนมัติเช่นเดียวกับรถไฟฟ้ามหานคร

ศูนย์ซ่อมบำรุงและศูนย์ควบคุมการเดินรถ

โครงการมีศูนย์ซ่อมบำรุงใหญ่ตั้งอยู่ภายในบริเวณพื้นที่เดิมของโรงรถจักรบางซื่อ ซึ่งเป็นศูนย์ซ่อมบำรุงที่ใช้งานร่วมกับรถไฟฟ้าชานเมือง สายสีแดงอ่อน และมีศูนย์ซ่อมบำรุงย่อยบริเวณทางทิศใต้ของสถานีคอกควายและสถานีบ้านนาโคก จังหวัดสมุทรสาคร ส่วนศูนย์ควบคุมการเดินรถกลางจะอยู่ในสำนักงานบริหารโครงการสายสีแดง บริเวณอาคารผู้โดยสารสถานีกลางบางซื่อ

สิ่งอำนวยความสะดวก

มีจุดจอดแล้วจร (park and ride) ที่สถานีกลางบางซื่อ

สถานี

ในระยะแรก (ธรรมศาสตร์รังสิต - หัวลำโพง) มีทั้งหมด 18 สถานี (ไม่รวมสถานีกลางบางซื่อ) ปัจจุบันก่อสร้างแล้วเสร็จ 9 สถานี โดยเป็นสถานียกระดับ 8 สถานี และสถานีระดับดิน 1 สถานี และสถานีส่วนต่อขยาย 9 สถานี

ตัวสถานีมีความยาวประมาณ 210 เมตร รองรับการจอดรถไฟฟ้าได้สูงสุด 10 ตู้โดยสาร ออกแบบให้หลบเลี่ยงสาธารณูปโภคใต้ดินและบนดิน และรักษาสภาพผิวดินให้มากที่สุด มีเสายึดสถานีคร่อมอยู่บนทางรถไฟ บางส่วนของโครงการใช้โครงสร้างเดิมของโครงการโฮปเวลล์เป็นเสายึดโครงสร้างของโครงการ

ขบวนรถไฟฟ้า

รถไฟฟ้าที่ใช้ในโครงการทั้งหมดเป็นรถไฟฟ้าประเภทวิ่งชานเมืองรุ่น เอ-ซีรีส์ 1000 ที่เป็นรุ่นสั่งเฉพาะ โดยอาศัยเค้าโครงต้นแบบจาก ฮิตาชิ เอที 100 เมโทร มีทั้งหมด 15 ขบวน 90 ตู้ ต่อพ่วงขบวนละ 6 ตู้ ผลิตโดย ฮิตาชิ จุผู้โดยสารได้สูงสุด 1,366 คนต่อขบวน (คำนวณจากอัตราหนาแน่นที่ 3 คน/ตารางเมตร) มีความเร็วสูงสุด 152 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ใช้ระบบอาณัติสัญญาณแบบอัตโนมัติมาตรฐานยุโรป (ETCS) ระดับที่ 1 ภายในขบวนรถไฟฟ้าจะมีเก้าอี้แบบแข็งสองแถวตั้งตามความยาวของตัวรถแบบเดียวกับรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ