０番代
４０１系や４０３系などと同じく、基本編成はＴｃ＋Ｍ＋Ｍ’＋Ｔｃ’の４両編成からなるグループです。初期と中、後期車では車体構造が異なり、外観が異なります。ＪＲ東日本からは引退して見る事が出来ません。現在はＪＲ九州で活躍をしています。
クハ４１１－３０１～３０６（クハ４１１－３０５）
０番代初期の制御車で、クハ４２１形式（クハ４０１形式）と同じ車体構造で設計されています。セミクロスシート、トイレ付です。なお、３００番代から始まっていますが、これはクハ４２１形式及びクハ４０１形式を編入する予定があり、０番代及び１００番代（一部は２００番代まで入る）にするための処置だったからです。結果としては実現しませんでした。
クハ４１１－３０７～（クハ４１１－３２３）
このグループから踏切事故対策やユニットサッシ窓などを採用した１１５系３００番代の設計を採用したものになり、外観が大きく変更されました。偶数車は床下に冷房用電動発電機が搭載され、向きが固定されています。
モハ４１４－１～３（モハ４１４－１）
本グループのパンタグラフ付中間電動車。この初期グループは４０１系や４２１系などと同じ車体設計で製作されています。
モハ４１４－４～（モハ４１４－８）
このグループより、１１５系３００番代と同じ構造とした設計に変更しました。また、主変圧器や主整流器、パンタグラフなどの交流機器が改良されています。
モハ４１５－１～３（モハ４１５－１）
本グループの中間電動車です。このグループも４０１系や４２１系などと同じ車体設計となっています。
モハ４１５－４～（モハ４１５－８）
１１５系３００番代と同じ構造とした設計に変更したグループ。ユニットサッシ窓など変化が大きいです。主電動機などを改良しています。
１００番代
０番代で採用されていたシートピッチ（座席の間隔）は昭和３０年代に決められた寸法で、生活水準、体格の向上した昭和５０年代には窮屈なものとなり、着席時に足がふれるなどの問題を改善するように求められました。このシートピッチを急行形電車並みに改善したものが１００番代で、昭和５３年に登場しました。
車体構造や機器関係は０番代後期車を基準としていますが、メンテナンスの容易化、機器のユニット化などの改善が行われています。
現在は九州地区で活躍する姿が見られます。
クハ４１１－１０１～（クハ４１１－１１６）
本グループの奇数向き制御車です。冷房化に伴い、機器類の位置を決める必要があった事から番代区分されるようになりました。客室はセミクロスシートの配置のみで、トイレは設置されていません。
クハ４１１－２０１～（クハ４１１－２２６）
本グループの偶数向き制御車です。床下に電動発電機、電動空気圧縮機など補助機器を搭載しています。車端部にはトイレが設置されており、採光窓が小判形に変更されています。写真はＪＲ九州の更新工事を受けた車輛で、ベンチレータの撤去や客室窓の一部固定化、車内のオールロングシート化などの変化があります。
モハ４１４－１０１～１２６（モハ４１４－１１６）
本グループのパンタグラフ付中間電動車です。シートピッチが拡大されたため、０番代とは窓割りが異なっています。
モハ４１４－１２７・１２８（モハ４１４－１２７）
最終グループとなるこの２両は、ベンチレータが押込み型から角形タイプに変更されています。
モハ４１５－１０１～１２６（モハ４１５－１０１）
本グループの中間電動車で、直流機器を搭載しています。
モハ４１５－１２７・１２８（モハ４１５－１２７）
最終グループの２両はベンチレータが押込み型から角形タイプに変更されています。模型で製作すると、ちょっとしたアクセントになるかもしれません。
サハ４１１－１～（サハ４１１－２）
常磐線の混雑緩和対策として、基本編成を４両編成から７両編成に変更する事になり、昭和５９年に登場しました。本系列では初めての中間付随車で、床下には電動発電機、電動空気圧縮機が搭載されています。車内はセミクロスシート配置です。
５００番代
沿線の宅地化が郊外へ広がり、合わせて混雑が年々激しくなる常磐線中距離電車の混在緩和対策として、昭和５７年にこのグループが投入されました。
このグループの特徴は車内。オールロングシート仕様という、前例のない初めての車輛として有名です。２０１系に見られる暖色系の座席とし、寸法は１０５系に準じたものとしています。トイレ部の向かいの座席のみ、出てきた人と見が合わないようにクロスシートして残しました。この設計は電車では初めての試みとなります。
車体構造は１００番代と同じですが、腐食防止対策として外板裾部にステンレスを使用、屋根も塗り屋根構造とし、ベンチレータはＦＲＰ製の角形になりました。機器類については１００番代とほぼ同じです。
車体色は従来車と同じ、赤１３号の車体、先頭部に警戒色としてクリーム４号の「赤電」で登場していますが、昭和５９年より登場した本グループは「エキスポ色」（クリーム１０号の車体色に青２０号（九州地区は青２２号）の帯を巻いたもの。）となっています。
クハ４１１－５０１～（クハ４１１－５０３）
本グループの奇数向き制御車です。床下には電動空気圧縮機が搭載されています。
クハ４１１－６０１～（クハ４１１－６２４）
本グループの偶数向き制御車です。床下には電動発電機、電動空気圧縮機が搭載されています。車端部にトイレの設備があり、その向かいのみセミクロスシートがあります。
モハ４１４－５０１～（モハ４１４－５２２）
本グループのパンタグラフ付中間電動車です。外観は１００番代と似ていますが、車内はオールロングシート。ボックスシート♪と思いきや・・・心折れた旅行者がたくさんいた事でしょう。
モハ４１５－１０１～（モハ４１５－５０９）
本グループの中間電動車です。モハ４１５－１０１～と同じ外観です。屋根のベンチレータが異なる程度の違いしかありません。
７００番代
常磐線中距離電車混雑緩和対策の切り札として５００番代を投入しましたが、更なる対応が必要な事に加え、昭和６０年につくば万博（ＥＸＰＯ’８５）が開催されるため、この旅客輸送の対応しなければなりませんでした。
そこで、土浦以南では１２両編成から１５両編成へと増強する事になり、昭和５９年に登場したのがこの７００番代です。
当初は５００番代と同じく、オールロングシート仕様で考えていましたが、利用者より不評な面もあったため、車端部をロングシート、中央部をクロスシートとしたセミクロスシート仕様としました。車体や機器類は５００番代と同一としています。このグループは中間車のみ製造（後に改造で制御車が登場。）されている特徴があります。
ＪＲ東日本に所属していましたが、現在は廃番代となっています。
クハ４１１－７０１（クハ４１１－７０１）
中間車しか存在しなかったこのグループに平成元年に登場した制御車です。サハ４１１－７０１～を先頭車化改造したもので、奇数向き制御車として使用されました。
モハ４１４－７０１～（モハ４１４－７０７）
本グループのパンタグラフ付中間電動車です。車体構造、搭載機器類は５００番代と同じです。
モハ４１５－７０１～（モハ４１５－７１９）
本グループの中間電動車です。５００番代と組み合わせた７両編成に見られました。
サハ４１１－７０１～（サハ４１１－７０３）
本グループの中間付随車。７両編成の真ん中に連結されていました。偶数向き制御車に連結される電動発電機、電動空気圧縮機だけでは容量が不足する事から、床下に電動発電機、電動空気圧縮機を搭載しています。
１５００番代
近郊形直流電車の次世代車輛として軽量ステンレス車体をもつ２１１系が昭和６０年に華々しく登場しました。この頃、４１５系でも次世代車の噂はあったものの、在来車と共通で運用しなければならない問題があり、実現には至りませんでした。
ところが、この問題を国鉄は解決しました。車体、台車は２１１系と同じ軽量ステンレス車体、ボルスタレス台車。機器類は４１５系と同じという方法でこの１５００番代を昭和６１年に登場させました。
かつて、モハ７２系９７０番代やモハ６２系といった車輛を彷彿させる内容かもしれません。しかし、当時の技術や機器類の性能面などを考えるとこれが正しい事なのでしょう。
ＪＲ東日本、ＪＲ九州に所属し、常磐線土浦以北、水戸線、北九州地区、長崎地区などで活躍しています。
クハ４１１－１５０１～（クハ４１１－１５０６）
本グループの奇数向き制御車です。車体は２１１系２０００番代を基本とし、車内は５００番代と同じオールロングシートとなっています。機器類も５００番代と同じものを使用しています。
クハ４１１－１６０１～（クハ４１１－１６０７）
本グループの偶数向き制御車です。車端部にトイレの設備があります。
クハ４１５－１９０１（クハ４１５－１９０１）
常磐線の混雑緩和と遠距離利用者の着席サービス向上を目的に平成３年に登場した２階建て構造の試作制御車です。１階は２＋２列、２階は２＋３列のクロスシート、平屋部分もクロスシートとなっています。結果は満足のいくものではなかったようですが、後に登場するダブルデッカー車に与えた影響は大きかったようです。量産車も登場することなく平成１６年に廃車されています。
モハ４１４－１５０１～（モハ４１４－１５３４）
本グループのパンタグラフ付中間電動車です。交流機器を搭載しています。
モハ４１５－１５０１～（モハ４１５－１５３２）
本グループの中間電動車です。５００番代のステンレス車版といったところでしょうか。
サハ４１１－１６０１（サハ４１１－１６０１）
クハ４１５－１９０１の登場に伴い、変則８両編成を組むために登場した中間付随車です。車内はオールロングシートとなっています。クハ４１５－１９０１が廃車後は他の編成に組み込まれ活躍していました。
サハ４１１－１７０１（サハ４１１－１７０１）
昭和６１年に１両だけ製作された中間付随車です。２１１系サハ２１１－１～を基準に設計され、セミクロスシート配置、床下には電動発電機、電動空気圧縮機が搭載されています。鋼製車に連結されて活躍していました。
８００番代
平成３年に石川県を走る七尾線が電化開業されるのに合わせて、福知山線を中心に活躍していた１１３系８００番代に特急「北近畿」号で使われている４８５系からねん出した交流機器を搭載し交直両用車にしたグループです。ＪＲ西日本では初めてとなる４１５系です。他社の所属車輛と区別をするため、８００番代としています。
編成はＭｃ＋Ｍ’＋Ｔｃの３両編成を基本としており、交流機器をＭ’（モハ４１４形式）に搭載するため、低屋根化及び台枠の補強工事が行われています。
車内はセミクロスシートですが、急行列車の運用もある事から（急行「能登路」号：現廃止）クロスシート部はバケットタイプのゆったりしたものに変更しています。
この他、耐寒・耐雪構造強化、４１３系及び４７５系など異系列との併結機能を設けています。
クモハ４１５－８０１～（上：クモハ４１５－８０１ 下：クモハ４１５－８０５）
クモハ１１３形式８００番代を交直両用化した形式です。４１５系では初めてのクモハ形式の誕生となりました。写真は登場時の先頭車の塗装で、車体下部はアスコットグレー、上部はバイオレットブルー、帯はオイスターホワイトとなっていました。現在は全車（全編成）、輪島塗をイメージした赤色一色となっています。
クハ４１５－８０１～（上：クハ４１５－８０２ 下クハ４１５－８１０）
クハ１１１形式８００番代を改造した制御車です。床下にはＭＧ、ＣＭが搭載されています。外観は検電アンテナが設けられた以外に大きな変化がありません。
モハ４１４－８０１～（上：モハ４１４－８０２ 下：モハ４１４－８１０）
モハ１１２形式８００番代を交直両用化したパンタグラフ付中間電動車です。この番代では最も大掛かりな改造内容となっています。交流機器を搭載するため、ＭＧやＣＭは撤去されています。写真上の塗装は登場時のもので、中間車のみ車体上部をロイヤルピンクとしていました。