上述の通り、制御システムを４０１系・４２１系、車体構造を１５３系として設計された急行形交直両用電車の第１号となる系列です。
　４５１系は５０Ｈｚ東日本用、４７１系は６０Ｈｚ西日本用です。前者は東北本線・常磐線を中心に、４７１系は北陸地区を中心に活躍しました。

クモハ４５１－１～（クモハ４５１－９）

交流５０Ｈｚ専用の制御電動車です。前面運転台は踏切事故対策として高運転台となっています。主制御機器などを主に搭載しています。

モハ４５０－１～（モハ４５０－９）

クモハ４５１－１～とユニットを組む、パンタグラフ付中間電動車です。交流用機器や補助機器を搭載しています。

クモハ４７１－１～（クモハ４７１－７：マワ車所蔵）

交流６０Ｈｚ専用の制御電動車です。クモハ４５１形式との違いは交流周波数で、車体などはほぼ同じです。

モハ４７０－１～（モハ４７０－２）

クモハ４７１形式とユニットを組むパンタグラフ付中間電動車です。４１３系の改造種車となった車輛も多くいます。

クハ４５１－１～（クハ４５１－３０）

４５１系、４７１系そして後述する４５３系、４７３系の共通の制御車です。交流周波数の違いの影響を受けない事から統一した形式となっています。冷房化に際し、専用のＭＧを床下に搭載しています。

　４５１系、４７１系の主電動機には出力が１００ｋｗのＭＴ４６形式を用いていました。新しく出力向上を行ったＭＴ５４形式（１２０ｋｗ）が開発され、これを装備した系列として昭和３８年に車輛増備も含めて登場した系列です。４５１系の出力向上車が４５３系、４７１系の出力向上車が４７３系となります。
　外観は変わらず、遠くからでは同じに見えます。４７３系は増備の関係から１ユニットのみの登場で、４１３系に改造され急行形交直両用電車では最初に系列消滅しています。

クモハ４５３－１～（クモハ４５３－４）

クモハ４５１形式の主電動機の出力を向上させた交流５０Ｈｚ用制御電動車です。外観は同じです。晩年は冷房化され、常磐線の普通列車に活躍していました。

モハ４５２－１～（モハ４５２－１）

クモハ４５３形式とユニットを組むパンタグラフ付中間電動車です。モハ４５０形式の出力向上車になります。

　交流電化区間が幹線から亜幹線にも拡大し、急行電車の運転する範囲が広がってきました。亜幹線には勾配線区もあり、この区間をスムーズに運転する必要から１６５系に見られる「抑速ブレーキ」を装備した系列が登場する事になり、５０Ｈｚ用は４５５系、６０Ｈｚ用は４７５系として昭和４０年に登場しました。
　この２系列では抑速ブレーキに対応した付随車が必要となり、新しく登場しています。
　制御車は共通のクハ４５５形式ですが、急行列車全廃後、普通列車への転用時に不足するため１６９系など他の系列からの改造車が多数あり、様々な番代に区分され活躍しました。

クモハ４５５－１～３６（クモハ４５５－４）

４５５系の抑速ブレーキ付交流５０Ｈｚ専用制御電動車です。クモハ４５３形式の発展した形式になります。写真は仙台地区で活躍していた車輛で、一部の車輛はアコモ改良の際、前面の標識灯を一体化し、踏切事故対策でアンチクライマーを装備しました。
一時期は、クモハ４５３形式に抑速ブレーキを付加したクモハ４５５－２０１～もありました。

クモハ４５５－３７～４２（クモハ４５５－３８）

このグループは冷房準備車として登場しました。その際、搭載する冷房装置が指定されており、冷房化でＡＵ１２Ｓ型冷房装置を搭載しました。外観からでも冷房の数や形状の違いで判断できます。

モハ４５４－１～３６（モハ４５４－２９）

クモハ４５５形式とユニットを組む抑速ブレーキ付交流５０Ｈｚ専用パンタグラフ付中間電動車です。モハ４５２形式を発展させた形式になります。モハ４５２形式に抑速ブレーキを付加したモハ４５４－２０１～もありました。

モハ４５４－３７～４２（モハ４５４－３８）

このグループは冷房準備車で登場しました。冷房化の際は分散式冷房装置の搭載が予定されていましたが、非冷房車の冷房化の際に集中式冷房装置を搭載したため、統一する事となり、集中式に変更する改造が行われました。ベンチレータの配置が異なっているのが特徴でした。

クモハ４７５－１～（クモハ４７５－３０）

４７５系の抑速ブレーキ付交流６０Ｈｚ専用制御電動車です。クモハ４７３形式を発展させた形式になります。４５５系と同じで、登場時は非冷房車で登場。４９～５１番は冷房準備車で登場しています。

モハ４７４－１～（モハ４７４－４７）

クモハ４７５形式とユニットを組む抑速ブレーキ付交流６０Ｈｚ専用パンタグラフ付中間電動車です。モハ４７２形式を発展させた形式になります。
写真はＪＲ西日本所属車で、ＬＥＤ表示の小さな行先表示器がつけられています。

クハ４５５－１～６１（クハ４５５－３３）

４５５系、４７５系そして後述の４５７系の共通の制御車です。抑速ブレーキの装備により、付随車も新規登場となりました。クハ４５１形式の発展した形式になります。
踏切事故で制御車が不足し、廃車予定のサハシ４５５形式の部品を再利用したクハ４５５－２０１、クハ４５１形式に抑速ブレーキを付加したクハ４５５－２０２、２０３番もありました。

クハ４５５－６２～６４（クハ４５５－６２）

このグループは冷房準備車として登場しました。冷房化の際に指定されたＡＵ１２Ｓ型分散式冷房装置を搭載しており、非冷房車の冷房化改造車とは外観が異なっています。

クハ４５５－６５～（クハ４５５－７３）

このグループは４５７系の制御車として登場し、当初より冷房装置が搭載されていました。

クロハ４５５－１（クロハ４５５－１）

磐越西線の電化区間で活躍する快速「ばんだい」用の車輛として平成２年に改造された車輛です。グリーン室と普通座席室の合造車です。クハ４５５－４４を改造したもので、アコモ改良もあわせて行われています。

　新幹線や特急列車格上げなどにより、普通列車へ転用されるようになった急行形電車ですが、最小の３両編成で運用される事になりました。ここで、制御車であるクハ４５５形式が不足しました。そこで、他系列の急行形車輛を改造し、編入する車輛が登場します。

クハ４５５－３０１～（クハ４５５－３１８：マワ車所蔵）

１６９系の制御車であるクハ１６９形式を改造、編入したグループです。交流機器類（検電アンテナなど）の装備と塗装変更などが行われています。

クハ４５５－３２１～３２４（クハ４５５－３２３（九州色）、３２４（仙台色））

１６９系の制御車であるクハ１６９形式９００番代試作車４両を改造、編入したグループです。ＡＵ１２Ｓ型分散式冷房装置を搭載しており、外観の特徴でもありました。

クハ４５５－４０１～（クハ４５５－４０２）

１６５系の制御電動車であるクモハ１６５形式、１６９系の制御電動車であるクモハ１６９形式を改造、編入したグループで、どちらとも試作車の９００番代が種車となっています。電装解除の上、台車を付随台車であるＴＲ６９形式に履き替えて制御車に改造しました。運転台上部屋根に、主電動機用の角形の通風器がそのまま残され、ＡＵ１２Ｓ型分散式冷房装置と共に外観の特徴となっていました。

クハ４５５－５０１～（クハ４５５－５０４）

１６５系の中間付随車であるサハ１６５形式を先頭車化改造し、編入したグループです。運転台後方の乗降扉戸袋窓が小さいのが識別のポイントになっていました。改造時に座席の一部をロングシートにしています。

クハ４５５－６０１～６０４（クハ４５５－６０４）

同系列の共通付随車であるサロ４５５形式を先頭車化改造した制御車です。客室部は種車のままで、外観の特徴でした。車内はグリーン車と変わらず、リクライニングシートはちょっぴりお得な旅を提供してくれました。

クハ４５５－６０５～（クハ４５５－６０９）

１６５系の中間付随車であるサロ１６５形式を先頭車化改造の上、編入したグループです。上記のグループとは異なり、客室窓がユニットサッシ化されていますが、これは１６５系時代に１段下降窓が雨水などによって腐食が進んだため、ユニットサッシ窓に交換したものです。

クハ４５５－７０１・７０２（クハ４５５－７０１）

同系列の共通付随車であるサハ４５５形式を先頭車化改造したグループです。このグループは４７１系及び４７３系を近郊形電車に改造した４１３系の制御車として用いるために改造が行われました。窓配置が他のグループと異なる事、側面に字幕式行先表示器が装備されており、外観の特徴になっています。

　従来の急行形交直両用電車は交流周波数別に系列がつくられ、発展しました。交流機器技術の開発が進み、集大成として昭和４４年に５０／６０Ｈｚ両用の本系列が登場しました。また、従来車は非冷房又は冷房準備工事車としれ登場しましたが、この系列では冷房装置が標準装備となっています。

クモハ４５７－１～（クモハ４５７－１７）

前６系列の集大成となる抑速ブレーキ付交流５０／６０Ｈｚ両用の制御電動車です。

モハ４５６－１～（モハ４５６－１）

クモハ４５７形式とユニットとなる抑速ブレーキ付交流５０／６０Ｈｚ両用パンタグラフ付中間電動車です。

サハ４５５－１～（サハ４５５－２）

本系列が登場した際に登場した中間付随車です。北陸地区で活躍しました。