2016年6月24日，JR東海發佈N700S系之硏發及營運計劃，宣布製造東海道新幹線新一代列車之試驗列車（量產先行車），是爲N700S系。N700S系由JR東海獨自開發，型號名中的「S」代表Supreme。與名稱相似的N700A系不同，N700A系爲N700系的改良型列車；而N700S則是N700系面世13年以來，首次有全面的形式變更（Full Model Change），是故N700S系並不屬於N700系列，而是獨立於N700系的次世代全新型號系列，是繼0系，100系，300系，700系及N700A系後的第六代列車。
至於JR西日本方面（山陽新幹線），則已公佈會採用N700S系作爲現有N700系的後繼車型，預期將採購N700S（16節編組-3000番台，與JR東海用J編組同一規格用於東海道·山陽新幹線直通列車，及8節編組-7000番台，投放於山陽·九州新幹線（鹿兒島線）直通用車），用以取代既有500系，700系及部分N700系（K編組）；JR九州方面，或將採購與山陽·九州新幹線（鹿兒島線）直通用車（8節編組版本-8000番台）與JR西日本山陽·九州新幹線（鹿兒島線）直通用車7000番台同一規格的N700S系，但仍需經過審慎評估。此外，在2022年長崎新幹線局部通車時，亦決定引進N700S系，初期預計爲6節車廂的編組行駛。N700S系在設計上也備有條件外銷至其他市場，有關版本預計在2020年登場。2016年9月，台灣高鐵公司表示將可能於日後採購該種車型（12節編組版本），但仍需經過審慎評估後方能確定。2021年1月20日台灣高鐵公司採購N700S系列車增購案決議廢標，主因廠商所報價格與市場行情差距過大，且仍有部分投標文件不符規範要求；董事會討論後決議廢標，同時研議其他可能解決方案。
N700S系專注輕量化與節能省電，其中車廂重量減輕了13公噸，能源消耗降低了7%。
先頭車採用了以N700系「氣動雙翼」（Aero Double-Wing）作基礎而開發的「至尊雙翼型」（Dual Supreme Wing）空氣動力造型車鼻，目的是減少進入隧道時的噪音並減小行駛阻力。同時，受益於新設計，車頭燈的面積加大，並採用了LED燈泡以節省能源。
車體與N700A一樣，使用輕量化的鋁合金擠出加工大型材雙皮層（Double skin）構體材料製造，部分鋁合金更使用由700系廢車後回收的鈻合金循環再用。
拜輕量化所賜，車廂安裝了鋰離子電池（TOSHIBA-SCIB，東芝公司提供），即使在緊急狀況下車頂架空電纜失效，也能提供電力維持車廂內部與廁所繼續使用，且可自力緩慢駛離隧道或橋梁，至安全的地方停下。
另外，車輛將採用SiC-VVVF，以減少熱量同時簡化冷卻系統，從而大大減小驅動系統的尺寸和重量。
在2019年8月7日的公告中，列車除了裝有用於軌道維護的「軌道狀態監視系統」之外，還計劃引進「架空電纜狀態監視系統」和「 ATC信號/軌道電路狀態監視系統」，並於其中三列量産型列車裝上。
在乘客體驗方面，爲了令乘客在車輛內的體驗更舒適和便利，作出了一系列改善措施。車廂內資訊螢幕改用更大的液晶(LCD)螢幕，所有座椅都安裝了移動電源插座，並全車設有免費Wi-Fi。綠色車廂更配備了主動懸吊減振裝置，故此乘坐時更舒適。另外，為加強車廂內安全，除門口附近的區域外，還在每個車廂的天花板上安裝了4個閉路電視鏡頭。