ทางวิ่งและขบวนรถ

• เป็นระบบไฟฟ้าขนาดหนัก (heavy rail transit)
• ทางวิ่ง ในฝั่งตะวันตกมีทั้งทางยกระดับที่ความสูง 7 เมตรในพื้นที่ฝั่งพระนครจนข้ามแม่น้ำเจ้าพระยาแล้วเสร็จ แล้วลดระดับลงเป็นทางวิ่งระดับดินไปตลอดโครงการ ส่วนฝั่งตะวันออกมีทั้งทางวิ่งยกระดับความสูง 7 เมตร และรถไฟฟ้าใต้ดินผสมกันไป พอพ้นสถานีหัวหมาก ทางวิ่งจะลดระดับลงเป็นทางวิ่งระดับดินไปตลอดโครงการ
• ขนาดราง 1 เมตร (Meter guage) โดยมีสายไฟฟ้าแรงสูงตีขนานอยู่เหนือราง ระบบรถไฟฟ้าใช้วิธีการรับไฟฟ้าจากด้านบนด้วยแพนโทกราฟ
• ตัวรถเป็นรถปรับอากาศขนาดกว้าง 2.8-3.7 เมตร ยาว 20 เมตร สูงประมาณ 3.7 เมตร ความจุ 250-300 คนต่อคัน ต่อพวงได้ 3-10 คันต่อขบวน ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 25 กิโลโวลต์ 50 เฮิรตซ์ ส่งจากสถานีไฟฟ้าแรงสูงจตุจักรของการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย และสถานีจ่ายไฟต้นทางบางซื่อของการไฟฟ้านครหลวงเพื่อป้อนระบบขับเคลื่อนรถ สามารถรองรับผู้โดยสารได้ 11,960 คนต่อชั่วโมงต่อทิศทาง
• ใช้ระบบอาณัติสัญญาณเดินรถด้วยระบบอัตโนมัติจากศูนย์ควบคุมการเดินรถ และใช้ระบบเก็บค่าโดยสารอัตโนมัติเช่นเดียวกับรถไฟฟ้ามหานคร

ศูนย์ซ่อมบำรุงและศูนย์ควบคุมการเดินรถ

โครงการมีศูนย์ซ่อมบำรุงใหญ่ตั้งอยู่ภายในบริเวณพื้นที่เดิมของโรงรถจักรบางซื่อ ซึ่งเป็นศูนย์ซ่อมบำรุงที่ใช้งานร่วมกับรถไฟฟ้าชานเมือง สายสีแดงเข้ม และมีศูนย์ซ่อมบำรุงย่อยบริเวณทางทิศใต้ของสถานีท่าแฉลบ จังหวัดนครปฐม ส่วนศูนย์ควบคุมการเดินรถกลางจะอยู่ในสำนักงานบริหารโครงการสายสีแดง บริเวณอาคารผู้โดยสารสถานีกลางบางซื่อ

สิ่งอำนวยความสะดวก

มีจุดจอดแล้วจร (park and ride) ที่สถานีกลางบางซื่อ สถานีบางบำหรุ และสถานีตลิ่งชัน

สถานี

ในระยะแรก (ศาลายา - หัวหมาก) มีสถานีทั้งหมด 17 สถานี (ไม่รวมสถานีกลางบางซื่อ) ปัจจุบันก่อสร้างแล้วเสร็จ 3 เป็นสถานียกระดับ 1 สถานี และเป็นสถานีระดับดิน 2 สถานี คงไว้เป็นสถานีในอนาคต 3 สถานี โดยเป็นสถานียกระดับ 2 สถานี และสถานีระดับดิน 1 สถานี และสถานีส่วนต่อขยาย 11 สถานี

ตัวสถานีมีความยาวประมาณ 210 เมตร รองรับการจอดรถไฟฟ้าได้สูงสุด 10 ตู้โดยสาร ออกแบบให้หลบเลี่ยงสาธารณูปโภคใต้ดินและบนดิน และรักษาสภาพผิวดินให้มากที่สุด มีเสายึดสถานีคร่อมอยู่บนทางรถไฟ

ขบวนรถไฟฟ้า

รถไฟฟ้าที่ใช้ในโครงการทั้งหมดเป็นรถไฟฟ้าประเภทวิ่งชานเมืองรุ่นสั่งพิเศษ โดยมีต้นแบบจากฮิตาชิ เอที 100 เมโทร มีทั้งหมด 10 ขบวน 40 ตู้ ต่อพ่วงขบวนละ 4 ตู้ ผลิตโดย ฮิตาชิ จุผู้โดยสารได้สูงสุด 897 คนต่อขบวน (คำนวณจากอัตราหนาแน่นที่ 3 คน/ตารางเมตร) มีความเร็วสูงสุด 114 กิโลเมตรต่อชั่วโมง ใช้ระบบอาณัติสัญญาณแบบอัตโนมัติมาตรฐานยุโรป (ETCS) ระดับที่ 1 ภายในขบวนรถไฟฟ้าจะมีเก้าอี้แบบแข็งสองแถวตั้งตามความยาวของตัวรถแบบเดียวกับรถไฟฟ้าเชื่อมท่าอากาศยานสุวรรณภูมิ