デビュー年：１９９９年 最高速度：２４０km/h
使用列車：Ｍａｘやまびこ、Ｍａｘなすの、Ｍａｘとき、Ｍａｘたにがわ
運行区間：東北新幹線、上越新幹線
７００系の顔を縦に引き延ばしたような、このユニークな顔の新幹線車両。オール２階建て新幹線第２弾のＥ４系である。Ｅ１系の発展形で、同じくＪＲ東日本の東北・上越新幹線で使用される。
Ｅ４系は８両編成だが、２編成連結により最大１６両で運転が可能であり、実際に運転されている。１６両と言えば、３００系や５００系などもそうだが、こちらはオール２階建ての１６両。収容力は、まさに世界最大となる。そして、この２編成連結がＥ１系と異なる点。また、さらなる騒音の解消を目指し、先頭部の長さはＥ１系の９．４ｍに対し、こちらは１１．５ｍとなった。また、Ｅ１系同様に、この車両も「通勤形新幹線」である。そのため、収容力を優先し、最高速度は２４０ｋｍ／ｈと、最新型より低めに設定されている。
通勤用だが、通勤区間では無い盛岡までの運用も多い。そのため、外装、内装共に高級感を追求し、きめ細かい空調設備やワゴンリフトを設けて、Ｅ１系では不可能であったワゴンによる車内販売も可能にしている（ただし、代替措置としてＥ１系には自動販売機が設置されている）。
また、４００系「つばさ」との連結運転も多い。
