La serie 103 es de los trenes más avanzados del mundo y uno de los más rápidos sobre raíles en cuanto a velocidad en explotación comercial. Es un tren con tracción distribuida, lo que significa que tiene bogies con tracción repartidos por todo el tren, consiguiendo de este modo un mejor aprovechamiento del espacio del tren al no tener 2 cabezas tractoras como las series 100, 102 o 112, mejor aprovechamiento de la energía y mayor aceleración. Los modelos utilizados son los Siemens Velaro E y Velaro D.
Fabricado por Siemens esta serie es una hermana del Velaro, de hecho su denominación por parte de Siemens es Velaro E, ya que es igual en el diseño pero con características especiales solicitadas por Renfe, como un funcionamiento en un rango de temperaturas mayor y una mayor potencia, 8.800 kW para poder recorrer los más de 600 km que separan Barcelona y Madrid por el corredor noreste de alta velocidad en 2h30m.
Este tren presta servicio principalmente en la línea de alta velocidad que une Madrid con Barcelona (LAV Madrid-Zaragoza-Barcelona-Frontera Francesa), pasando por las estaciones de Guadalajara-Yebes, Calatayud, Zaragoza-Delicias, Lérida Pirineus y Campo de Tarragona, en las que efectúa parada en algunos de sus horarios.
El tren consta en realidad de dos semitrenes idénticos de 4 coches unidos permanentemente. La capacidad es de 404 pasajeros divididos en 3 clases (Turista, Preferente y Club), pero al poder ir 2 unidades completas en mando múltiple se podrá alcanzar una capacidad de 808 pasajeros. En los coches extremos hay unas mamparas fototrópicas que permiten a los pasajeros tener la misma visión que los maquinistas. Estas mamparas se pueden hacer más o menos opacas utilizando tensión eléctrica, con lo que, de este modo, evitan que los pasajeros molesten al maquinista.
Esta serie vivió en su adjudicación todos los cambios y decisiones tomadas en el proceso de creación de la red de alta velocidad española. Aunque en un inicio se iba a construir un nuevo acceso ferroviario a Andalucía, el famoso N.A.F.A. (Nuevo Acceso Ferroviario a Andalucía), de ancho ibérico (1668 mm), a última hora se cambió, por lo que la previsión inicial de adquirir 24 unidades de ancho ibérico se cambió a 16 unidades de ancho internacional, que se recibieron entre 1991 y 1993, ya que no se necesitarían tantos trenes, y finalmente tras varias modificaciones en el contrato y una indemnización por los aplazamientos se entregaron las últimas 8 unidades, 2 de las cuales eran de ancho internacional y 6 de ancho ibérico. Estas 6 últimas formaron la Serie 100 de Renfe que prestaban el servicio Euromed de Renfe, por el corredor mediterráneo.
Esta serie, concretamente el tren 100-015, consiguió uno de los records de velocidad más importantes en España, alcanzando los 356,8 km/h sin apenas realizar modificaciones en él, siendo superado 15 años después por el S-103 (Siemens Velaro E) que alcanzó los 403,7 km/h también sin modificaciones. El S-100 ya había alcanzado anteriormente casi los 330 km/h en el proceso de homologación a 300 km/h. También fue usada para realizar pruebas con coches de Talgo.
Esta serie ha circulado prácticamente siempre por la LAV Madrid-Sevilla, aunque también ha estado dando servicio al corredor noreste (LAV Madrid-Zaragoza-Barcelona-Francia) hasta la puesta en servicio de la Serie 102 de Renfe. Las unidades que han circulado por estas vías han sufrido un cambio de pantógrafo, así como la instalación del sistema de señalización ERTMS.
En 2007, tras 15 años en servicio, la mitad de la vida útil pronosticada, esta serie ha sufrido una reforma interior y exterior para adecuarse más a las nuevas necesidades de los viajeros y dar un aspecto más nuevo.
En enero de 2011, Renfe adjudicó a Alstom la adaptación de 10 composiciones de la serie 100 para su futura explotación en la línea de Alta Velocidad entre Barcelona-París por 29,7 millones de euros. La transformación permitirá que los trenes puedan circular en tramos de 1,5 kV (cc). También se aumenta el número de plazas de los trenes hasta 347 al eliminar la clase club y se completa la señalización y el sistema de comunicaciones en cabina para los sistemas franceses. Los primeros trenes AVE adaptados deben estar listos para su explotación en otoño de 2012.
Adicionalmente a esta adjudicación, Renfe Operadora adjudicó también la implantación del sistema ERTMS, y la supresión de la clase club en los otros 14 trenes de la serie 100 por un importe de 5,7 millones de euros.
Renfe ofrece en alquiler varios trenes de la Serie 100.
Desde el año 2016, disponen de servicio de Wi-Fi, en los servicios Madrid-Sevilla.
En septiembre de 2018, Renfe procedió a su remotorización.
A partir de 2023, Renfe se plantea a dar baja la parte de la flota de la Serie 100 para la venta a las operadores privadas como Eco Rail y reemplazar por los nuevos automotores de Serie 106 de Renfe.
Cada tren es una unidad de ocho coches de viajeros con tracción distribuida. Los coches 1, 3, 6 y 8 cuentan con dos bogies motorizados y éstos con dos motores situados en el bastidor de 550 kW de potencia cada uno. En los bogies extremos están las antenas de ERTMS, LZB y ASFA. Los bogies son los mismos que los del ICE-3, dispone de suspensión primaria por muelles helicoidales, secundaria neumática, de un sistema de sensores que avisan de cualquier problema de funcionamiento, de dispositivo antibalanceo y de soporte para areneros (con calefacción) en los bogies motores. Las ruedas tienen un diámetro de 920 mm.
El freno es recuperativo que se aplica en el 80 por ciento de los casos, reostático con resistencias de en el techo y neumático sobre disco.
El peso por eje del tren es de 16 toneladas.
El enganche es de tipo Scharfenberg y permite que los trenes circulen en doble composición, alcanzando los 808 viajeros de capacidad, y compatibilidad con las locomotoras de la serie 252 y los trenes de alta velocidad de la serie 100, 102 Y 112 solo en casos de remolcado de unos trenes a otros.
Los trenes de la serie 103 tiene un avanzado sistema de seguridad contraincendios. Puede circular a 30 km/h después de una alarma de incendios durante 15 minutos. Cuenta también con sistema antichoque y anticabalgamiento. Existen ventanas de socorro en cada coche con punto de impacto señalado para su rotura.
La cabina está separada de la zona de viajeros por un cristal electrocrómico regulable eléctricamente. Sin tensión es opaco y con tensión, transparente (el maquinista lo controla a su voluntad). Dispone de los sistemas de señalización ERTMS, LZB y ASFA.