ทางวิ่งและขบวนรถ

• เป็นระบบไฟฟ้าขนาดหนัก (heavy rail transit)
• ทางวิ่งยกระดับที่ความสูง 17 เมตรตลอดทั้งโครงการ ยกเว้น (1) ช่วงสถานีกลางบางซื่อ - สถานีหัวลำโพง - สถานีวงเวียนใหญ่ รถไฟฟ้าจะลดระดับลงเป็นรถไฟฟ้าใต้ดินที่ความลึก 12 เมตรจากผิวถนนบริเวณใต้ถนนกำแพงเพชร 5 หลังออกจากสถานีกลางบางซื่อ (2) ช่วงเข้า-ออกสถานีกลางบางซื่อ ทางวิ่งจะยกระดับที่ความสูงประมาณ 7 เมตรแล้วจะไต่ระดับความสูงขึ้นไปที่ 17 เมตรก่อนเข้าสถานีจตุจักร (3) ช่วงเข้าสถานีดอนเมือง รถไฟฟ้าจะยกระดับขึ้นจาก 17 เมตรเป็น 19 เมตร เพื่อเข้าชานชาลาชั้น 4 ของสถานีดอนเมือง และ (4) ช่วงดอนเมือง - รังสิต หลังจากออกจากสถานีดอนเมือง รถไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดระดับกลับมาอยู่ที่ 17 เมตร แล้วค่อยลดระดับลงไปที่ระดับดินเข้าสถานีหลักหก จากนั้นจะยกระดับกลับไปที่ความสูง 12 เมตรเพื่อเข้าสถานีรังสิต
• 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[4] ใช้ไฟฟ้ากระแสสลับ 25 กิโลโวลต์ 50 เฮิรตซ์ ส่งจากสถานีจ่ายไฟฟ้าย่อยบางซื่อ (เทอดดำริ) ที่ก่อสร้างขึ้นใหม่ของการไฟฟ้านครหลวงเพื่อป้อนระบบขับเคลื่อนรถ สามารถรองรับผู้โดยสารได้ 18,213 คนต่อชั่วโมงต่อทิศทาง
• ใช้ระบบอาณัติสัญญาณเดินรถด้วยระบบอัตโนมัติจากศูนย์ควบคุมการเดินรถ และใช้ระบบเก็บค่าโดยสารอัตโนมัติ

ศูนย์ซ่อมบำรุงและศูนย์ควบคุมการเดินรถ

โครงการมีศูนย์ซ่อมบำรุงใหญ่ตั้งอยู่ภายในบริเวณพื้นที่เดิมของโรงรถจักรบางซื่อ ซึ่งเป็นศูนย์ซ่อมบำรุงที่ใช้งานร่วมกับรถไฟฟ้าชานเมือง สายสีแดงอ่อน และมีศูนย์ซ่อมบำรุงย่อยบริเวณทางทิศใต้ของสถานีบ้านนาโคก จังหวัดสมุทรสาคร ส่วนศูนย์ควบคุมการเดินรถกลางจะอยู่ในสำนักงานบริหารโครงการสายสีแดง บริเวณอาคารผู้โดยสารสถานีกลางบางซื่อ

สิ่งอำนวยความสะดวก

มีจุดจอดแล้วจร (park and ride) ที่สถานีกลางบางซื่อ

สถานี

มีทั้งหมด 9 สถานี (ไม่รวมสถานีกลางบางซื่อ) เป็นสถานียกระดับ 8 สถานี และเป็นสถานีระดับดิน 1 สถานี

ตัวสถานีมีความยาวประมาณ 210 เมตร รองรับการจอดรถไฟฟ้าได้สูงสุด 10 ตู้โดยสาร ออกแบบให้หลบเลี่ยงสาธารณูปโภคใต้ดินและบนดิน และรักษาสภาพผิวดินให้มากที่สุด มีเสายึดสถานีคร่อมอยู่บนทางรถไฟ บางส่วนของโครงการใช้โครงสร้างเดิมของโครงการโฮปเวลล์เป็นเสายึดโครงสร้างของโครงการ

ขบวนรถไฟฟ้า

รถไฟฟ้าที่ใช้ในโครงการทั้งหมดเป็นรถไฟฟ้าประเภทวิ่งชานเมืองรุ่นสั่งเฉพาะ โดยนำดีไซน์มาจาก 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