諸 元
| 最大長 | ２０４２０mm（制御車）、２００００mm（中間車） |
| 最大幅 | ２８００mm |
| 最大高 | ３６９０mm |
| 主電動機 | ＭＴ７０形式（１２０ｋｗ） |
| 制御方式 | ＧＴＯサイリスタ素子インバータ制御方式（現在はＩＧＢＴ素子ＶＶＶＦインバータ制御方式） |
| 制動方式 | 回生ブレーキ併用電気指令式空気ブレーキ方式 |
| 動力台車 | ＤＴ６１Ｃ形式 |
| 附随台車 | ＴＲ２４６Ｄ形式 |
車内設備など
| 座 席 | ロングシート |
| 乗降扉（片側） | ４扉 |
| 便所の有無 | あり（改造後） |
| その他 |
概要
常磐線では東京への通勤圏が取手以北に伸び、利用者も増え続けていました。常磐線は取手駅以北を茨城県石岡市にある気象庁地磁気観測所への影響を避ける為、交流電化としています。混雑緩和に有用な４扉ロングシート車の１０３系は直流電車であり、取手駅以北は使用出来ません。緩和策として１５両編成化やロングシートの導入を進めましたが、３扉車では対応の限界に達しつつありました。
地元沿線自治体からも通勤形車輛（ロングシート車）の投入を要望する声が多く寄せられ、ＪＲ東日本ではその声に応えるべく当時の最新鋭車であった２０９系をベースとしたＥ５０１系を平成７年に登場させました。
基本的な構造は２０９系をベースとしていますが、交直両用電車である為、床下機器が多く、その場所を確保する必要から車体長が僅かに延長されています。
制御方式はＶＶＶＦインバータ制御方式で、ＧＴＯサイリスタ素子を用いた主変換装置を使用。この装置はドイツ製（シーメンス社製）で、ＪＲの電車では唯一の採用例となります。発車、停止時の励磁音が音階を奏でる特徴があり、歌う電車とも呼ばれました。平成１２年に付属編成、基本編成は平成２４年までに機器更新が行われており、現在は聞く事は出来ません。
交直の境となるデッドセクションでの切換えは、Ｅ９９３系（ＴＲＹ－Ｚ）で開発された方式を採用しています。ＡＴＳ－Ｐ地上子を用いて自動で切り換えるもので、同時に運転士に交直セクションの喚起、自動切換不良時は警音を発する機能がついています。また、切換え時は停電状態になり、予備灯が点きますが、蓄電池からの給電により消灯しないように改善されています。
車内は強い要望であったロングシートでしたが、運用を始めると座席数が減った事、トイレが設置されていない為、中～長距離の移動には不向きであり、苦情が多く寄せられてしまいました。平成１９年以降は土浦以北、水戸線の運用になり、現在は水戸駅以北の運用に縮小されています。
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| クハＥ５００－１（２位側） | クハＥ５００－１００３（２位側） |
クハＥ５００－１～
付属編成の上野・小山方に位置する制御車です。床下に電動空気圧縮機を搭載しています。平成１８年にトイレが追加設置されています。
クハＥ５００－１００１～
基本編成の上野方に位置する制御車です。クハＥ５００－１～と同じ構造ですが、電気連結器、自動解結装置を備えていない点が異なります。
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| クハＥ５０１－４（２位側） | クハＥ５０１－１００４（１位側） |
クハＥ５０１－１～
基本編成のいわき方に位置する制御車です。電気連結器、自動解結装置を装備しています。平成１８年にトイレ、車椅子スペースが追加設置されています。
クハＥ５０１－１００１～
付属編成のいわき方に位置する制御車です。電気連結器、自動解結装置は未装備である事から番代区分されています。トイレなどの設備を追加する工事は行われていません。
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| モハＥ５００－９（３位側） | モハＥ５０１－１１（２位側） |
モハＥ５００－１～
主変換装置、２１０ｋｖAの大容量のＳＩＶ装置を搭載する中間電動車です。
モハＥ５０１－１～
主変圧器、主変換装置、高速度遮断器等を搭載するパンタグラフ付き中間電動車です。写真はＰＳ２９形式パンタグラフを搭載していた頃のもので、平成２６年からシングルアーム式のＰＳ３７Ａ形式に換装されています。
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| サハＥ５００－４（２位側） | サハＥ５０１－４（３位側） |
サハＥ５００－１～
基本編成の６号車に位置する中間附随車です。電動空気圧縮機、自動電源誘導装置を搭載しています。
サハＥ５０１－１～
基本編成に３両、付属編成に１両連結される中間附随車です。自車のブレーキ関係機器と共通配電箱が搭載されています。