幹線（日語：新幹線／しんかんせん Shinkansen ）是日本的高速鐵路系統，也是全世界第一個投入商業營運的高速鐵路系統，採用標準軌（1435mm）之軌距，均為純客運服務。第一條路線是連結東京與大阪之間的東海道新幹線，於東京奧運開幕前的1964年10月1日通車營運；經過多年擴展，目前有9條路線，其中包含2條路線較短的「迷你新幹線」，將日本大多數的重要都市連結起來。最初由日本國有鐵道研發與營運，國鐵分割民營化後由JR集團接續，目前有JR北海道、JR東日本、JR東海、JR西日本、JR九州等5家JR公司提供服務。
新幹線是以同時適合快速及大量運輸而設計，因而其建造與營運技術均有別於傳統鐵路，例如全面採用動力分散式列車、軌道全面採用立體交叉、首創列車自動控制系統等，最短可以3分鐘的班距運轉。除了迷你新幹線之外，列車運轉最高車速依路線可達到每小時240至320公里，但在進行速度測試時，曾創下每小時443公里的最高紀錄（由「300X」實驗列車在1996年所創下）。身為日本鐵路技術居於世界頂尖的重要象徵，新幹線的技術也向海外輸出，如台灣高鐵及中國高鐵部分技術即採用新幹線做為系統基礎，而採用新幹線系統的英國、義大利、印度、泰國、美國德州等地的高速鐵路亦在興建或規劃中。
名稱
新幹線最初稱為「新幹線鐵道」，這是相對於當時一般的國鐵路線（即日後所稱的「在來線」）而產生的名稱，新幹線的第一條路線——東海道新幹線，便是為擴充既有的東海道本線而建的鐵路幹線。為推動新幹線興建而立法的《全國新幹線鐵道整備法》中，將新幹線定義為「列車在主要區間能夠以每小時200公里以上的高速度行駛之幹線鐵路」，針對新幹線運輸安全而立法的《新幹線特例法》也採用這個定義，因此迷你新幹線、以及未來將以磁浮列車運轉的中央新幹線，都不在這兩個法律的規範範圍內。
日本以外常稱新幹線為「子彈列車」（Bullet Train）或是「超特急列車」（Super Express），之後日語羅馬字的名稱「Shinkansen」也逐漸廣為使用。此外，東海道新幹線在通車時也曾經計劃稱為「新東海道線」（New Tokaido Line）。雖然現在車站內的英文告示板上稱新幹線為「Shinkansen」，但在表示列車名稱時仍然採用「Super Express」的稱呼，例如希望號列車上的英文廣播之一為「Ladies and gentlemen, welcome to the Shinkansen. This is the NOZOMI superexpress bound for Tokyo.」（各位乘客，歡迎搭乘新幹線，本列車是開往東京的希望號超特急列車）。
1872年，東京新橋至橫濱的日本第一條鐵道開通。該線路採用了窄軌（軌距為1,067mm）。日本鐵路採用窄軌的原因眾說紛紜，最有可能的兩種說法都和英國有關（英國的殖民地鐵路大多使用窄軌）。
一則英國的鐵路工程師認為日本地形崎嶇，適合修建窄軌。但由於南非、挪威等國的窄軌鐵路最小彎道半徑遠低於日本最初修建的鐵路，日本的鐵路不可能為了適應地形、規定更小的轉彎半徑而使用窄軌。
二則發明雙轉向架鉸接機車的羅伯特·弗朗西斯·費爾利認為新技術可以使造價更低的窄軌鐵路承擔和標準軌鐵路相同的運量。
1918年試行改軌的寺內正毅內閣因為米騷動垮台，直到1922年，為日本帝國的擴張，主張接駁歐亞大陸鐵路的標準軌方案才勝過了主張新建窄軌可以接駁既有線的方案。
標準規幹線計劃
在1932年和1937年中日戰爭由滿洲延燒華北之後，東海道・山陽既有線的輸送能力達到極限，1938年12月2日，日本鐵路省設立了「鐵路幹線調查分科會」，1939年7月12日，昭和天皇下令在鐵路省成立「鐵路幹線調查會」，是年11月，研究改善運力的調查初步完成，調查認為「需在同一路段鋪設高標準鐵路」。1939年，與上述兩線平行的新線開始勘查。1943年因戰事吃緊，工程的新丹那隧道在還剩500m貫通的位置停工，竣工的日本坂隧道和新東山隧道在1944年撥給既有線使用。在戰時體制下，當時建設用地都是以極低廉的價格在不經協商的情況下從沿線土地所有者手中（相當於強徵）取得的，亦有不少很多土地是借美軍轟炸，城市地價低迷，日本國鐵藉機收購的，如當時以低價收購了豐橋被燃燒彈遭空襲的區域，戰後東海道・山陽新幹線的建設仍然使用到戰時徵收的土地，因為日本最高法院判決國鐵敗訴，國鐵不得不改線和重新收購土地，東海道新幹線隧道因此較多。
動集與動力分散之爭
儘管大運量的幹線鐵路需要電化但是在戰前修建前述的軍方限制了電化區間，理由是戰時發配電設施易受到攻擊，致使鐵路癱瘓，所以在寬軌幹線的計劃中蒸汽機車和電力機車併用，只有東京地區到靜岡、名古屋到姬路的區間電化。
1950年韓戰爆發，日本經濟借特需景氣走出了戰敗後的混亂期，城際交通的需求強烈上升。而此時國鐵也吸收了原來滿鐵和日本帝國陸海軍的人才，高速度鐵路車輛的氣動、穩定諸性能的研究因此有很大進展。
來自小田急的幫助
1954年後，大型民營鐵路業者開始陸續引入高度性能優良，在高速下仍然穩定的新型電車，日本國鐵順應潮流，於1957年推出了新性能的101系電聯車。和101系電聯車開始運轉的同一年，在隸屬於日本國鐵的鐵路技術研究所的技術指導下，小田急電鐵也完成了流線型低重心列車3000形SE的研發，設計者對車型的速度有很大野心，但是因為小田急的線路彎道多，原訂145km/h的最高速度難發揮出來。所以小田急要以和JNR共用實驗數據為條件，把試運轉改到軌道條件良好的國鐵線路上。
國鐵方面很快接受了交換條件，從小田急借來了3000形SE，1957年9月在東海道本線上試運轉，達到了創世界窄軌列車紀錄的設計最高時速145km/h。同年11月，國鐵也在東海道本線上試運轉101系動車組，雖然該車作爲通勤電聯車，氣動性能不好，但還是達到了135km/h的最高速度。
1958年，日本國鐵利用101系動車組的技術生產了151系列車，承擔特快車次，其氣動性能良好、車體輕盈重心低、附冷暖空調、而且裝備了空氣懸掛。1959年7月，在動拖比改爲3的情況下在東海道本線的金谷站-燒津站區間實驗，刷新了3000型SE的記錄。這證實了新幹線車輛使用動力分散的優勢。
1955年以來，日本國鐵一直在嘗試交流電電化鐵路，國鐵曾派代表團到巴黎，計劃購買五輛窄軌交流電機車來研究，但是談判破裂。後來國內企業自主研發出了可適用於50Hz工頻單相電的機車ED44 1(日立製作所研製)和ED45 1(三菱重工研製)。
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