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這是有關動畫作品《新幹線戰士》及其續作《新幹線戰士Z》與《新幹線戰士 改變世界》的人物列表。
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多數登場人物（除了敵方角色及客串角色）的姓名取自鐵道車站名、列車名、日本各地的地名及鐵道用語。
- 速杉隼人（速杉 ハヤト，配音員：佐倉綾音（日本）[1]；陳琴雲（TVB）、周恩恩（公映版）（香港）；汪世瑋（台灣））
- 第一部主角。第1代「新幹線戰士E5隼號」駕駛員，第64話起擔任「新幹線戰士E5隼號MkII」駕駛員。10歲（第40話後為11歲，劇場版中為12歲）。埼玉縣出身，住在大宮。生日為2007年10月17日（取自新幹線E5系-量產試製車S11編組首次公開展出之日期2009年10月17日），血型為A型，身高145cm，體重36.5kg，擅長科學和社會，國語和算術較為遜色，合適率第1話時為96.5%，第47話進行交叉合體時為98.5%，最高紀錄為第64話時突破103%以上，為首位且唯一一位合適率超越100%的駕駛員。後擔任新幹線戰隊隊長，負責領導駕駛員作戰。
- 單純地喜愛鐵路/新幹線，尤其愛乘坐列車和聽列車聲，夢想成為新幹線的駕駛員。口頭禪是「我可是守時和守信用的男子漢！」（俺は時間と言ったことは守る男），責任心強。相信着「喜歡新幹線/新幹線戰士的人不會是壞人」，弱點是懼高症，不敢搭乘具有飛行功能的交通工具，第22話為了準備與800燕號的連結合體而與零一同練習飛行傘而克服弱點，第65話其駕駛之E5隼號MkII與黑色新幹線戰士紅進行超乘合體後完全克服弱點。
- 劇場版決戰後不久[2]即隨着父親的調職而移居英國，現於大英鐵路博物館附近定居[3]並以就讀有着鐵道專業學科的英國大學為目標留學中。第二部第33話應梓的要求而於新年期間短暫回到日本。
- 後傳小說《山手危機》中為了參加鐵道祭活動而再次回到日本。於東京都遭紅簾封鎖期間負責駕駛超進化電動貨車協助將倖存者載離捕獲力場，並於對決蛇紋的決戰中重新駕駛E5隼號MkII參戰。
- 名字取自觀光特急隼人之風。
- 男鹿秋田（男鹿 アキタ，配音員：沼倉愛美（日本）[1]；黃麗芳（TVB）、張彩虹 （公映版）（香港）；穆宣名（台灣））
- 「新幹線戰士E6小町號」駕駛員。10歲（第26話後為11歲）。秋田縣北秋田市阿仁地區出身。生日為2007年7月8日（取自新幹線E6系-量產試製車S12編組(後改為Z1編組)完工日期2013年7月8日），血型為A型，身高145cm，體重36kg，擅長國語和算術，合適率為一般為85.6%，最高紀錄為第64話決戰時的91.3%[4]。
- 在光線槍競技方面，其實力是全國選手水平的持有者，夢想是在光線槍射擊大賽中獲得世界第一，槍支愛好者。性格冷靜沉重，口頭禪是整件事我已經清楚了/我已經掌握整件事（話は読めた），對狀況一步步地了解再行動，從不坦率地把自己的心情表露出來。喜歡吃甜食。原着中名字為「優 秋田」（優 あきた）。
- 後傳小說《山手危機》中再次登場時合適率已降至80%以下。
- 姓氏取自男鹿站。
- 大門山貫（大門山 ツラヌキ，配音員：村川梨衣（日本）[1]；劉惠雲（TVB）、周奕勤（公映版）（香港）；呂筱薇、陶敏嫻（劇場版[5]）（台灣））
- 「新幹線戰士E7光輝號」駕駛員。10歲（第46話後為11歲）。石川縣金澤市出身。生日為2007年11月27日（取自新幹線E7系F1編組完工日期2013年11月27日），血型為O型，身高148cm，體重38.5kg，擅長體育、歴史和地理，合適率為84.5%。
- 其家族經營的「大門山建築公司」的長子，自稱是「金澤土木工程王」，喜歡隧道、護城河之類的建築，地形愛好者。此外亦為偶像團體「Super Spice」（スーパー・スパイス）的粉絲。責任感強的熱血漢，常説着「完全是○○！」豪爽地對某事物斷言。甚麼事都用四字成語來表示，不過經常用錯。原着中名字為「前田 貫」（前田 つらぬき）。
- 後傳小說《山手危機》中再次登場時合適率已降至80%以下。
- 姓氏取自石川縣金澤市的大門山。
- 青龍（セイリュウ，配音員：真堂圭（日本）[1]；鄭麗麗（TVB）、陳子瑩（公映版）（香港）；呂筱薇、傅其慧（劇場版[5]）（台灣））
- 初次登場於第7話。
- 黑色新幹線戰士的駕駛員，以少年面貌登場，半邊面被頭髮遮蓋，同樣對新幹線戰士有着濃厚的興趣。起初對新幹線戰士懷有強烈的敵意，在得知玄武死亡的真相後轉而與舊世代特工們為敵，並以人類姿態在地面定居，虎目之戰後暫住於上田家。第55話起正式成為超進化研究所的一員。第69話時中了蒼玉的計謀而喪失記憶，第70話在阿忍的提議下暫時駕駛新幹線戰士E3翼號鋼鐵飛翼，並於與量產型黑色新幹線戰士的戰鬥中恢復記憶。第73話重得黑色新幹線戰士後支身前往面對麒麟與黑色新幹線戰士奧加，將其逼至地底進行決戰，並摧毀通往地表的通道，打算與麒麟同歸於盡，在即將被擊敗時被前往支援的隼人與北斗阻止，後合力將黑色新幹線戰士奧加轉送至名古屋。
- 喜歡吃甜食，特別是蛋糕。合適率最高記錄為第64話時之100%[note 1]。
- 於劇場版及第二部之間的數年中一直在國外旅行，直到第二部第23話片尾才回到日本，並於下一話中在玄武的要求下對進、花火與大樹進行特訓。第27話再度離去，前往英國與隼人會合。
- 名字取自青龍，亦可解讀為錦川清流線之「清流」的諧音。
- 車長寶（シャショット，配音員：上田祐司（日本）[1]；梁偉德（TVB）、陳夕（公映版）（香港）；余孟珂、李世揚（劇場版）[5]（台灣））
- 「新幹線戰士E5隼號」獨有裝配作為實驗性操作介面而研發的機械人，身高約30公分，説話風格等同現實的列車長，平時語調友善，但一進入E5隼號駕駛艙便會轉為嚴肅。稱呼隼人為「拍檔」，並提供支援，外出時經常躲在隼人的背包中作為偽裝。內建存放IC卡之插槽，可依狀況吐出不同機體之進化通供合體使用。
- 第61話時為了解除自己對E5的限制而自行消除體內Al的所有數據並初始化，後於第64話速杉隼人與青龍使用雙重金色能量炮時合適率雙雙達到100%促使其被放置於E5隼號MkII艙內的軀體與黑色新幹線戰士紅主記憶體放關於其之資料產生反應而復活。
- 於隼人出國留學期間為維持機能而留下並儲存於大宮分部的研究室中。
- 名字為「車長機械人」（車掌ロボット）的簡稱。
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- 月山忍（月山 シノブ，配音員：吉村那奈美（日本）[1]；魏惠娥（TVB）、余倩盈（公映版）（香港）；高嘉鎂、林筱玲（劇場版[5]）（台灣））
- 「新幹線戰士E3翼號」、「新幹線戰士E3翼號鋼鐵飛翼」駕駛員。9歲（第50話後為10歲）。山形縣米澤市出身。生日為2008年12月20日（取自新幹線E3系2000番台正式營運日期2008年12月20日），血型為AB型，身高135cm，體重31kg，擅長繪畫，合適率為79%左右。
- 其家族為忍者世家，本人追隨其祖父修行家族祖傳「月山流忍術」，擅長變幻莫測的戰術，於駕駛新幹線戰士時使用「欄杆手裡劍」等武器更為出眾。
- 由於年紀太輕而無法住超進化研究所的宿舍，因此每次集合時都得大老遠從山形分部趕來大宮。第45話時其家族計劃遷至沖繩，因當地距離太遠且無新幹線通過而萌生辭去駕駛員職務的念頭，後在其他駕駛員的勸說下打消。第48話與恐怖食人花作戰時遭受襲擊而造成E3翼號機體嚴重損傷，並於第49話時取而代之駕駛「新幹線戰士E3翼號鋼鐵飛翼」。第64話戰後隨家人定居沖繩，第66話回歸後改回駕駛E3翼號參與模擬戰，並於第67話起正式駕駛修復完成之E3翼號。
- 由於出身忍者家族，對聖誕節一無所知，但明白出水司令贈送聖誕禮物「新幹線戰士E3翼號鋼鐵飛翼」的用意後，便喜歡聖誕節。
- 姓氏取自急行月山，名字取自夜行準急信夫。
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- 清洲龍司（清洲 リュウジ，配音員：逢坂良太、內藤有海（幼年）（日本）[1]；張預東（第一部）→曹啟謙（劇場版起）（TVB）、黃尉斯（公映版）（香港）；李勇（第一部）、賴緯（劇場版[5]、第二部）（台灣））
- 第1代「新幹線戰士N700A希望號」駕駛員。於38話起擔任「新幹線戰士黃醫生號」駕駛員。於劇場版後段接替速杉北斗擔任「新幹線戰士923黃醫生號」駕駛員。13歲（第58話後為14歲）。愛知縣名古屋市出身。生日為2005年2月8日（取自新幹線N700A正式營運日期2013年2月8日），血型為B型，合適率為98.3%(僅次於隼人)。
- 駕駛員中首位中學生，亦是首位青春期合適率高的駕駛員。本人自幼修習空手道，在駕駛新幹線戰士時活用空手道的技術。與白虎戰鬥時改為駕駛「新幹線戰士黃醫生號」，以自己的實力把「新幹線戰士黃醫生號」的效能發揮到極限作戰，後擔任新幹線戰隊副隊長，於隼人因事不在時，暫時擔任代理隊長領導駕駛員作戰。
- 劇場版中與其他駕駛員一起至北海道分部接受測試時，由於黃醫生號未被轉送至北海道，而改駕駛北斗遺留在北海道的923黃醫生號，成為923黃醫生號的第二代駕駛員。
- 第二部中以超進化研究所名古屋分部的「臨時代理指導長」的身份再次登場[6]，但由於合適率降低的緣故，已無法再繼續駕駛新幹線戰士。
- 姓氏取自清洲站。
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- 發音未來（発音 ミク，配音員：藤田咲（日本）[1]；何寶珊（第一部）→羅孔柔（劇場版）（TVB）、張嘉敏（公映版）（香港）；高嘉鎂、傅其慧（劇場版[5]）（台灣））
- 「新幹線戰士H5隼號」的駕駛員。11-12歲。北海道札幌市出身,生日為2008年3月9日[8]（由「3」與「9」二數字之訓讀發音「み」以及「く」而得）。
- 駕駛員中的唯一一位女性，斯多葛主義者，經常苦練自己新幹線戰士的駕駛技術，駕駛新幹線戰士時會燃起對抗隼人的意識。苦練並修習劍道，最喜愛青函連絡船記念館摩周丸，在身為駕駛員資質無可挑剔的情況下，唯一的弱點是暈車，合適率不明，為目前所有未成年駕駛員中唯一未於集數中顯示其合適率著。
- 劇場版以類似雪未來之歌手姿態登場並演唱《チェンジ！シンカリオン》，之後解釋自己「似乎是本能甦醒了[note 2]」。
- 姓氏取自「發車音樂」以及E5系愛稱募集時的未採用名稱「發音號」（はつね）。其名字及形象致敬了角色主唱系列的虛擬歌手——初音未來，連聲優也是同一人——藤田咲。
- 大空零（大空 レイ，配音員：松井惠理子（日本）[1]；何璐怡（TVB）、張嘉敏（公映版）（香港）；高嘉鎂（第一部、第二部）、陶敏嫻（劇場版[5]）（台灣））
- 「新幹線戰士800燕號」的駕駛員。8-9歲（劇場版為10歲）。福岡縣北九州市出身。生日為2009年8月30日（取自新幹線800系U001編組完工日期2003年8月30日），擅長飛行及科學，合適率為83%。
- 駕駛員中最年幼的成員，機械工程學的超級天才，同時亦曾參與其駕駛之「新幹線戰士800燕號」的開發工程，喜歡喝牛奶。
- 崇拜着隼人、秋田與貫三人，並稱他們為「師父」。稱其他駕駛員為「前輩」。
- 第二部再次登場時已於超進化研究所櫻島實驗線任職，為其計劃提供技術支援。
- 姓氏取自特急大空。
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- 速杉北斗（速杉 ホクト，配音員：杉田智和、釘宮理惠[9]（幼年）（日本）[1]；雷霆、曾秀清（幼年）（TVB）、李家傑、王慧珠（幼年）（公映版）（香港）；胡鎮璽、魏晶琦（幼年）[5]（台灣））
- 主角速杉隼人的爸爸，「新幹線戰士500回聲號」、第1代「新幹線戰士923黃醫生號」駕駛員，44歲[10]，生日為1975年11月1日[11]（取自特急回聲開始營運之日期1958年11月1日以及特急北斗開始營運之日期1965年11月1日）。
- 9歳時受到發光粒子影響而穿越到2019年的時空，在期間於繪圖本上創作了超進化速度的概念，之後短暫成為新幹線戰士ALFA-X的駕駛員。回到原時空後喪失了穿越時的記憶，僅剩繪圖本上的創作保留下來[12]。大學時期再次發想出超進化速度的假說並將其發表成論文。畢業後於東日本旅客鐵道東京支社上野第二運轉所擔任駕駛員[13]。
- 十年前被筑摩找上而加入新幹線超進化研究所大宮分部，成為新幹線超進化研究所最初成員之一，之後擔任指導長，第7話後被調往京都分部。現長駐成為京都分部指導長並參與該分部的指揮工作，第23話起駕駛新幹線戰士500回聲號，成為唯一一位成年駕駛員，經常與隼人共同戰鬥。第73話起轉而駕駛新幹線戰士923黃醫生號。
- 劇場版中新幹線戰士與雪之哥斯拉（漫畫版改為光之巨人）對戰時替隼人擋下了大部分的發光粒子熱線攻擊，而受影響穿越至其他時空，從此失去音頻，直到決戰的數天後才回歸。
- 第1話時曾答應與隼人一同搭乘E5系卻因接獲出動任務而取消，並時常被隼人提醒這點，但直至劇場版結尾仍尚未實行（劇場版片尾彩蛋畫面暗示之後有確實執行）。戰後為支援其兒女的夢想而自願調職至英國[3]，目前職位不明。
- 名字取自特急北斗。
- 出水新平（出水 シンペイ，配音員：綠川光（日本）[1]；翟耀輝（TVB）、鄧肇基（公映版）（香港）；張至超、吳文民（劇場版[5]）（台灣））
- 職位為司令，新幹線超進化研究所最初成員之一，北斗的大學學弟。
- 給予新幹線戰士指示的負責人，個人經常以冷笑話對答，同時給予人意想不到的一面。他人難以捉摸其思想。
- 第28話因名古屋分部司令羽島龍膽發燒而暫時支援名古屋分部擔任代理司令一職。
- 第二部再次登場時已晉升至綜合司令部，並接替東昴成為總司令。於前往北海道分部視察新機體「新幹線戰士Z H5隼號」的啟動測試時遇見潛入北海道分部的月野美達露，並協助她接受訓練成為Z H5的駕駛員。
- 姓氏取自出水站、名字取自特急新平。
- 三原雙葉（三原 フタバ，配音員：雨宮天（日本）[1]；吳羨婷（第一部）→黃昕瑜（劇場版起）（TVB）、陳子瑩（公映版）（香港）；呂筱薇、魏晶琦（劇場版[5]）（台灣））
- 職位為新入職指導員，北斗被調往京都分部後於第8話中被任命為代理指導長，並指揮駕駛員；第23話中其與北斗的通話被速杉遙偷聽到因而一度被後者懷疑為北斗「外遇」的對象。第65話後成為指導長。
- 本人認真對待工作，經常回應駕駛員和出水司令提出預期以外的想法，與隼人等人共同成長，並互相有着很強的信賴。
- 第二部再次登場時已被調至櫻島實驗線，負責主導第二超進化速度的實驗計劃，第33話時因前往東京接見歸國的隼人而暫時將其主導權轉交予出水總司令[14]。第40至41話調至綜合司令部並負責統領各分部的指揮工作。
- 姓氏取自三原站、名字取自準急二葉。
- 本庄赤城（本庄 アカギ，配音員：古島清孝（日本）[1]；關令翹（TVB）、林筠翔（公映版）（香港）；余孟珂、李世揚（劇場版[5]）（台灣））
- 職位為通訊員。巨型怪物體目標代號的主要命名者。出水司令因事離開崗位時，會擔當代理司令。
- 對隼人等小孩駕駛員照顧周到，猶如他們的兄長一樣。雖然擁有冷靜沈着的工作態度，但做甚麼事都總是差一點。個人暗戀雙葉。
- 第60話為代替前往地底世界的北斗而自願暫時調往京都分部擔任其代理司令，並於第65話回到大宮分部。第二部再次登場時已正式長駐成為京都分部代理司令。
- 姓氏取自JR東日本高崎線上的本庄站、名字取自特急赤城。
- 久留米綠（久留米 ミドリ，配音員：遠藤沙季（日本）[1]；曾秀清（TVB）（香港）；穆宣名（第一部）→呂筱薇（第二部）（台灣））
- 職位為女醫生。
- 擔當新幹線戰士駕駛員的治療和健康管理工作，及後亦參與清理瓦礫與隧道開通的工作。有一顆痣和迷人的容貌。
- 姓氏取自久留米站、名字取自特急綠。
- 山口長門（山口 ナガト，配音員：伊原正明（日本）[1]；蕭徽勇（TVB）（香港）；李勇（台灣））
- 職位為維修部主管。
- 主要負責維修新幹線戰士。雖然與小孩有友善的一面，但得知要維修的新幹線戰士片體鱗傷時，則向駕駛員大聲批評「都不知你們是怎樣駕駛新幹線戰士！」，本人為喜怒形於色的熱血漢。
- 第二部再次登場時已被調職至櫻島實驗線，負責瓦爾德魯的改造工程。
- 姓氏取自山口站、名字取自山陰本線的急行列車「長門」。
- 三島響（三島 ヒビキ，配音員：長谷川暖（日本）[1]；謝潔貞（TVB）、王慧珠（公映版）（香港）；穆宣名（第一部）、陶敏嫻（劇場版[5]）、楊詩穎（第二部）（台灣））
- 職位為女研究員，新幹線超進化研究所最初成員之一。
- 擔任分析巨型怪物體與研究強化新幹線戰士的工作，最早發現特工玄武的存在，並指出其與巨型怪物體的關聯性，亦分析採集到的「黑色粒子」。除研究巨型怪物體外，亦把駕駛員駕駛新幹線戰士前後的身體狀況數據化，並研究如何提升新幹線戰士的合適率為重中之重。
- 姓氏取自三島站、名字取自臨時特急回音。
- 小田原金時（小田原 キントキ，配音員：北澤洋（日本）[1]；朱子聰（第一部）→招世亮（第二部）（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 職位為維修員，新幹線超進化研究所最初成員之一。
- 本人性格固執又難相處，説話又不客氣，但對維修機械熟能生巧，能憑直覺直接觀察新幹線戰士的損傷部分，屬於老行尊。
- 第二部再次登場已被調職至櫻島實驗線。
- 姓氏取自小田原站、名字取自特急金時。
- 小山大也（小山 ダイヤ，配音員：天崎滉平（第8話）、觀世智顯（第26話起）（日本）[1]；黃積權（TVB）、黃尉斯（公映版）（香港）；李勇（第一部）、馬伯強（劇場版[5]）、賴緯（第二部）（台灣））
- 職位為通訊員。
- 輔助本庄的通訊員工作。擅長掌握事態發展，分析能力極高，表面上冷靜沈着，實質上展露極強的使命感。與本庄同期就任成為大宮分部的通訊員，於尾禡餐會一同舉行表演活動。
- 姓氏取自小山站、名字取自急行大谷。
- 三條實[note 3]（三条 ミノリ，配音員：金魚和嘉菜（日本）；何晶晶（第一部）→陳皓宜（劇場版、第二部）（TVB）、余倩盈（公映版）（香港）；穆宣名（第一部）、陶敏嫻（劇場版）、連思宇（第二部）（台灣））
- 職位為通訊員。
- 姓氏取自JR東日本信越本線上的三條站 (新潟縣)、名字取自觀光列車實。
第二部開場前該分部已由於不明原因關閉，全體職員皆被調往其他分部。第8話正式重新啟動時僅小山、三條、三島、久留米以及部分通訊員回歸大宮分部並復職，其餘之職位皆由自橫川分部轉屬的職員取代。
- 東昴（東 スバル，配音員：山寺宏一（日本）[1]；曹啟謙（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 職位為總司令。超進化研究所的最高負責人，各分部司令的上司。
- 在一羣元老當中，他的晉升速度可説是最快，是精英中的精英。給別人的印象是沈默寡言、充滿威嚴，感覺難以接近。不過，當初只是因為喜歡鐵路，才入行當鐵路員，為一個不折不扣的鐵路迷，前往下屬見面都不喜歡有隨行者及坐車前往，一有機會就要盡量搭乘鐵路。
- 姓氏取自日本製造的英國列車英國鐵路800型動車組之䁥稱「Azuma」、名字取自夜間急行昂。
早於人類出現之前就生活於地球上的高度文明種族，以黑色粒子和發光粒子兩種相對物質為基礎發展出超高科技文明。原先居住於地表上，數千萬年前地表遭受隕石撞擊而變得不宜居住，在那之後倖存者分別移居到地底下以及外太空，並因兩地環境不同而逐漸分化為完全以黑色粒子為中心（即現今的特工）與完全以發光粒子為中心（即現今的瓦爾哈拉）的兩個族群。幾萬年前起因地底環境出現變化，且進化停滯不前，而再度面臨存亡危機。 其眼球的特殊構造能夠對礦物及金屬起反應，因此人類科技的光學迷彩對其無效。胸口上有紅色寶石狀構造，一旦被破壞就會石化，即等同於其死亡。 種族名「基度拉爾撒斯」取自龜虎古墳；新世代特工的名字取自四神、舊世代特工取自寶石，瓦爾哈拉成員取自日本國鐵的客車種類表示記號，其餘則取自神話人物。
最初登場的四位基度拉爾撒斯族人，其成員初期皆自稱為「從地底爬上來的種族」或「邁向滅亡之路的種族」。
- 白虎（ビャッコ，配音員：細谷佳正（日本）[1]；陳耀楠（TVB）、鄧肇基（公映版）（香港）；李勇、宋克軍（劇場版[5]）（台灣））
- 初次登場於第2話。
- 4位元特工中最為冷靜者，擅長針對新幹線戰士機體的弱點進行攻擊。對舊世代特工們懷有敵意。第38話時與黃醫生號正面對決並邀請後者前往地底世界，正式展開「第一次地底世界之戰」，戰間其劍被隼人斬斷後投降並要求給其最後一擊，但被隼人否決，後為阻止虎目逃脫而與後者一起被擊中，並以戰敗以及背叛族人之罪名被灰簾取出胸口寶石而石化。第76話於玄武復活後收到玄武傳送的路斯維特粒子而復活，之後計劃將灰簾復活後與之一同前往其他星球尋找新的棲息地。
- 劇場版開場時仍於地底致力於復活灰簾，過程中察覺到蒼玉的行動而放棄原先計劃並回到地表，揭穿其詭計並將之擊敗，之後接收由其駕駛的黑色新幹線戰士奧加，成為黑色新幹線戰士奧加的第三代駕駛員，並以沒有被暗黑魔王面具覆蓋頭部之飛昇模式之姿態加入新幹線戰隊與瓦爾哈拉決鬥，後與青龍的黑色新幹線戰士紅進行超乘合體共同對抗瓦爾哈拉。
- 第二部時已正式實行尋找新棲息地的行動，第41話受神凪之邀來到猶格斯比亞並協助鐵傲帝遷移至其他星球[16]。
- 名字取自白虎，亦可解讀為臨時快速列車白虎（列車）。
- 玄武（ゲンブ，配音員：Maxwell Powers（日本）[1]；陳欣（TVB）、林筠翔（公映版）（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 初次登場於第2話。
- 4位元特工中體型最大者，對新幹線戰士有着濃厚的興趣，同時希望以巨型怪物體測試新幹線戰士的能力。
- 在其第三次與新幹線戰士的戰鬥後被暫時留置於超進化研究所內，並與駕駛員們對話，從而得知「家族」的意義。之後遭到蒼玉控制並迫使新幹線戰士E5隼號攻擊其胸口寶石部位，戰鬥結束後胸口寶石失去光澤並石化。
- 第64話片尾出水司令跟三島研究員對話中提及可透過路斯維特粒子令其有復活的可能性。第76話受到眾人合力創造大量路斯維特粒子的影響而正式復活，隨後以「每天試乘新幹線戰士E5隼號1次以及食用3份甜點」為交換條件正式加入研究所。
- 劇場版中接收由地底世界回收的E5隼號於E5 MkII遭被瓦爾哈拉控制之ALFA-X攻擊時及時趕到支援，成為E5隼號的第二代駕駛員。
- 第二部第14話再次登場，戴着紙製的蒸汽火車頭造型頭套，以「蒸汽火車叔叔」（SLおじさん）的身份擔任鐵道博物館的導覽員。與新世代駕駛員三人相遇後向其回顧隼人等上一代駕駛員們的事蹟，並教導進「強大是對話必要條件之一」，成為日後進對抗阿布特的主要理念。同話結尾在三人初次遭遇闇黑新幹線戰士並即將遭到擊敗時以巨大化形態現身並替其擋下攻擊，第31話於阿斯特尼亞入侵大宮分部時亦自願與其創造的巨型怪物體對峙，為眾人爭取時間撤離直到新幹線戰士Z抵達。第40話指出黑石的成分為鹽，下一話更負責駕駛載運補給鹽分的武裝列車前往支援作戰。
- 名字取自玄武，亦可解讀為現美新幹線之「現美」的諧音。
- 青龍（セイリュウ）
- #主要人物 參照。
- 朱雀（スザク，配音員：渡邊明乃（日本）[1]：黃玉娟（第一部）→陸惠玲（劇場版起）（TVB）、張嘉敏（公映版）（香港）；高嘉鎂、陶敏嫻（劇場版[5]）（台灣））
- 初次登場於第13話。
- 特工中唯一的女性，起初認為心靈是人類最大的弱點，並希望操控人類，後來逐漸改觀。
- 東京站中央迎擊系統之戰後以人類姿態暫住於上田家。
- 第76話決戰時藉由眾人合力製造的大量納米機械人創造出橫越日本上空的七彩軌道使新幹線小隊成功追上並擊敗黑色新幹線戰士奧加。
- 劇場版中於出水司令和雙葉指導長前往北海道時駐守大宮分部，並依隼人、青龍與白虎之託傳送大量納米機械人至東京以提升E5 MkII超乘ALFA-X之戰力。
- 第二部第28話再次登場時已跟隨白虎駕駛黑色新幹線前往外太空，於接獲蒼玉傳送的訊號後責罵其行徑。第41話與白虎一同協助鐵傲帝族人移居[16]。
- 名字取自朱雀。
以灰簾為首、具有較高地位的三位基度拉爾撒斯族人。
- 虎目（トラメ，配音員：高階俊嗣（日本）[1]；劉昭文（香港）；余孟珂（台灣））
- 初次登場於第33話。
- 10年前出現的巨型怪物體「第一號敵人」的操控者，特工中戰鬥力數一數二，但頭腦就差了點。
- 比蒼玉和灰簾更早回到地球，之後以玩鬧的心態駕駛第一號敵人至地面察看，但被新幹線戰士們擊敗而撤退，第一次地底世界之戰期間試圖進入黑色新幹線戰士不成而打算破壞後者，並於隼人和白虎即將達成對話時介入戰局，後於逃脫時被白虎阻礙而遭金色能量炮擊中。第49話時操控與其巨大化姿態相近的替身怪物參戰，並對眾人下戰帖7日後（即下一話）於同地進行決鬥，並在該決鬥中被隼人、龍司和青龍聯手消滅，第60話時復活，第63話再度被銀、城、高虎、辰巳和龍司聯手消滅。
- 名字取自虎眼石。
- 蒼玉（ソウギョク，配音員：山內健嗣（日本）[1]；馮錦堂（第一部）→蘇強文（劇場版起）（TVB）、李家傑（公映版）（香港）；李勇（第一部）→馬伯強（劇場版）→賴緯（第二部）（台灣））
- 初次登場於第41話。
- 總是佩戴着面具掩蓋自己的外貌，曾與玄武討論人類的進化和灰簾對新幹線戰士的看法兩個問題，會為了自己的策略而利用、控制甚至犠牲同伴，是一個狡猾的戰略家。
- 於第44話控制玄武，之後欺騙青龍使其以為玄武被超進化研究所迫害而再次出擊。認為灰簾的強硬作風仍無法阻止基度拉爾薩斯走向滅亡，因此在伊邪提出的三條路當中選擇了戰爭之路，並以迫使青龍同樣走上戰爭之路作為給伊邪的答覆[17]。第62話時以巨大化姿態親自參戰，並於63話中被秋田、貫、忍和青龍聯手擊敗。暗地裏與麒麟為伍，並負責將倉敷重工取得的新幹線戰士資料轉交給伊邪[18]。第69話運用策略奪取黑色新幹線戰士，並消除青龍從第45話後的所有記憶。第72話試圖綁架上田梓被麒麟阻止，之後離開麒麟的隊伍。於最終決戰期間並未參戰，而是開始向宇宙發出訊號以尋找傳說中遠古時代即離開地球、分散於宇宙中的基度拉爾撒斯派系。劇場版時成功連繫上瓦爾哈拉並與其聯手重建黑色新幹線戰士奧加，並用其釋放發光粒子將其他新幹線戰士傳送至其他時空，後其詭計遭到白虎識破，並與白虎在岩手進行大戰後敗北，以致於黑色新幹線戰士奧加被白虎奪去。瓦爾哈拉被擊退後仍持續尋找宇宙中的其他族人卻毫無結果，至第二部開頭之3個月前時放棄搜尋並啟程返回地底世界，於途中遇到Hello Kitty新幹線並在幻想與其變形成的新幹線戰士（即新幹線戰士Hello Kitty）對決時醒悟，發覺自己並非真的想找到外太空的族人，而只是渴望再次與新幹線戰士們戰鬥。於旅程的最後與鐵傲帝成員神凪相遇並決定與其聯手。第二部第26話在凡爾托姆的協助下取得屬於自己的鐵傲帝條碼，位於臀部右側。於與鐵傲帝合作期間仍數次經歷慘敗，因而逐漸對其失去信心。第28、29話先後受到朱雀、美達露以及剎羅的影響而最終決定離開鐵傲帝，第32話甚至主動向大樹提供關於瓦爾德魯的線索，並在告誡他別讓凡爾托姆的計劃得逞後離去。第40話於全日本受荒吐的影響而大停電時協助阿布特恢復與大宮分部的通訊，第41話決戰後更協助聯繫已前往太空的朱雀與白虎，但之後行蹤不明[16]。
- 名字取自藍寶石。
- 灰簾（カイレン，配音員：增田俊樹（日本）[1]；陳灝瑋（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 初次登場於第40話。
- 基度拉爾撒斯的總指揮，被虎目和蒼玉尊稱為「灰簾大人」。認定如今的地表受到人類文明的嚴重污染而無法令其種族生存，因此在伊邪提出的三條路當中選擇了移居之路，與其他兩位舊世代特工一同前往太空尋找新的合適居住環境，但最後無功而返。認為淘汰人類、令地面世界回歸遠古時代的面貌才是對地球最好。第64話於東京站中央迎撃系統之戰時被隼人和青龍聯手擊敗而石化。
- 第76話決戰後白虎原計劃將之復活，但因蒼玉的行動而作罷。
- 後傳小說《復活的灰簾》中其石化遺骸遭荒吐融合並成為由後者操控的傀儡，此時其內灰簾本人的意識被三島認定為已徹底死亡。最終被進以超究極Z能量炮將其連同荒吐再度消滅。
- 名字取自黝簾石。
- 麒麟（キリン，配音員：浪川大輔（日本）[1]；黃啟昌（香港）；余孟珂（台灣））
- 初次登場於第64話。
- 第一部末期大戰灰簾後的新登場基度拉爾撒斯，伊邪提醒出水司令「還有另一個人」，表示與基度拉爾撒斯的戰鬥還未告一段落。
- 是最先來到地面的基度拉爾撒斯，亦是最先提出移居人類世界的基度拉爾撒斯，但有關提議不被灰簾等人接納，為了說服灰簾等人於是十三年前獨自一人來到地上，並持續向地底世界提供情報，在人類世界認識了八代伊三郎以及身為其下屬的鐵奧帝成員撒共，三人互相交流，最後得出人類要跟基度拉爾撒斯共存的結論，但於思想上與另外二人不和，認為惟有以武力支配地表才能使人類接受基度拉爾撒斯與鐵傲帝等異族。於十年前第一號敵人發動攻擊後一直行蹤不明，被其他基度拉爾撒斯認為已因無法適應環境而死亡，實際上存活下來，並與地面的倉敷重工合作，想把全國鐵路新幹線化，利用新幹線戰士創造出人類和基度拉爾撒斯和平共存的世界。
- 之後成為了由神秘新幹線變形為黑色新幹線戰士奧加的駕駛員，先派出強化的巨型怪物體以及量產型黑色新幹線戰士測試隼人的能力，判斷達到其合格標準後便駕駛黑色新幹線戰士奧加親自與隼人等直接對戰，藉此展現自己的實力以說服隼人與之合作。但跟隼人談論時，因隼人不接受這個計劃而談判破裂，之後率領眾多量產型黑色新幹線戰士攻擊東京都廳舍遭到青龍、隼人與北斗阻止，並被青龍逼回地底世界進行決鬥，其後再轉往超進化研究所名古屋分部與新幹線戰隊眾人進行最終決戰，後仍突破重圍並逃往東京，在途中黑色新幹線戰士奧加被追來的眾人合力擊毀，之後本人被拘留在綜合司令部。
- 其眼珠顏色一般為紅色，但外出時會變成藍色作為偽裝。
- 名字取自麒麟。
- 第二部再次登場時已仍持續受到超進化研究所監管，其行動皆由三位研究所職員陪同並監視。第33話被鐵傲帝成員阿斯特尼亞找上並在其逼迫下化為巨大化姿態。於見識到撒共創造之「新幹線戰士Z」後宣告自己將不會站在人類或鐵傲帝的任何一方。
- 伊邪博士/八代伊三郎（ドクター・イザ/八代 イサブロウ，配音員：上田祐司（日本）[1]；盧國權（香港）；張至超（台灣））
- 初次登場於第19話。
- 「新幹線戰士E5隼號」內建機械人「車長寶」的設計者，黑色新幹線戰士、黑色貨物列車、新幹線戰士E5隼號MkII和黑色新幹線戰士奧加的製造者。
- 新幹線超進化研究所的研發總監兼所長，北斗、新平和筑摩的前上司。認為唯有新一代的人們能夠決定人類與基度拉爾撒斯的共存，因而創立超進化研究所並開發出表面上像是武器的新幹線戰士。8年前因「第一次超進化速度試驗」時發生的事故而被傳送至地底世界，之後向基度拉爾撒斯眾人提出能避免其滅亡的移居、戰爭、變革等三條道路。於灰簾等人選擇了移居之路並離去後將黑色新幹線戰士交給剩餘的四位族人，但禁止他們於時機成熟前使用，自己身體則因長期曝露於地底環境中而逐漸石化。於第35話首次與隼人對話，第63-64話時接見隼人，並將其瞞着灰簾暗地製造的新幹線戰士E5隼號MkII交付給他。第64話所在房間崩塌後下落不明。
- 姓氏取自八代站、名字取自特急伊三郎，化名「伊邪」取自伊邪那歧。
- 倉敷八雲（倉敷 ヤクモ，配音員：辻井健吾（日本）[1]；鄧志堅（香港）；（台灣））
- 於科學產業省任職，表面上受超進化研究所綜合司令部委託協助超進化研究所與合作之海外研究機構之間的溝通，共同調查合適率、鐵質、納米機械人等科學難題；暗地裏則受到其父親出雲之指使，於以上述名義進出超進化研究所的同時竊取其資料交予麒麟等人。雙葉的未婚夫，其實只是雙方父母在他們小時候私下約定。第50話時要離開日本到法國進行對駕駛員合適率的研究，臨走時向雙葉提出一同離開超進化研究所的請求，但被雙葉拒絕。之後由於進展不如預期而於第71話時回到日本，並邀請隼人與梓前往其研究機構參觀，實際上為受父親出雲之託將梓帶給麒麟。第73話眾人與麒麟談判破裂後將先前被蒼玉奪去之黑色新幹線戰士歸還給青龍，並在櫻島的通道被摧毀後提供超進化研究所前往地底的替代道路，決戰過後因將機密資料洩露給倉敷重工而遭到科學產業省處分。
- 姓氏取自倉敷站、名字取自特急八雲。
劇場版中登場，移居至外太空的基度拉爾撒斯派系之一。
- 速杉遙（速杉 ハルカ，配音員：金魚和嘉菜（日本）[1]；凌晞（TVB）、張彩虹（公映版）（香港）；呂筱薇、林筱玲（劇場版[5]）（台灣））
- 隼人之妹，8歲[19]，少數能夠理解隼人的想法的人，頭上總是載着一副耳機。由於未被其他家人告知關於超進化研究所的事而對父親北斗被調職至京都不太諒解，甚至一度懷疑後者有外遇，後於親眼目睹北斗駕駛新幹線戰士500回聲號後改觀。
- 名字取自特急遙。
- 速杉櫻（速杉 サクラ，配音員：清水理沙（日本）[1]；梁少霞（TVB）、周奕勤（公映版）（香港）；穆宣名、傅其慧（劇場版[5]）（台灣））
- 隼人的媽媽，第3話時得知隼人駕駛新幹線戰士的事，但只會做一個正常的媽媽，把他當作正常小孩一樣照顧。
- 名字取自新幹線櫻號列車。
第二部再次登場時二人皆已跟隨隼人與北斗移居英國[3]。
- 上田梓（上田 アズサ，配音員：竹達彩奈（日本）[1]；陳皓宜（TVB）、李蔓宜（公映版）（香港）；穆宣名（台灣））
- 隼人的同班同學，現在最受全世界的人關注、人氣破錶的小學生YouTuber，生日為2007年11月19日[20]。以「小學生第一次○○」為題把短片在網上投稿，好奇心旺盛，短片的誇張風格均來自其活躍的性格。在得知超進化研究所及新幹線戰士的存在後便時常造訪超進化研究所，並幻想自己成為駕駛員拍攝「小學生第一次駕駛新幹線戰士跳舞」影片，然而後期因自認合適率不夠高而打消此想法，後於第71話經倉敷八雲以此為線索進行測驗證實她具有以肉眼估算人們合適率的特殊能力，因此差點遭蒼玉綁架，後被駕駛員們及麒麟擊退蒼玉後救出。
- 姓氏取自上田站，名字取自特急梓。
- 爺爺（祖父，配音員：泉尚（日本）；黃子敬（香港）；胡鎮璽（台灣））
- Super Spice（稻穗、都、那須野）（スーパー・スパイス（イナホ、ミヤコ、ナスノ），配音員：洲崎綾、金魚和嘉菜、井上遙乃（日本）；葉曉欣、成瑤孆、李潤知（香港）；（台灣））
- 名字分別取自特急稻穗、快速都路快速以及新幹線那須野。
- BOYS AND MEN（BOYS AND MEN）
- 由一群新幹線迷組成的日本男子偶像團體，第48話時受出水司令之邀擔任超進化研究所尾禡餐會的特別來賓。
- 辻本 達規（辻本 達規，配音員：辻本達規（BOYS AND MEN）（日本）；李安邦（第一部）→關令翹（第二部）（香港）；不明（第一部）→賴緯（第二部）（台灣））
- BOYS AND MEN的成員之一。
- 新多進[21]（新多 シン，配音員：津田美波[22]（日本）；詹健兒（香港）；張乃文（台灣））
- 第二部雙主角之一。鐵道聖地——田端出身的小學5年級生，「新幹線戰士Z E5隼號」的駕駛員，生日為2010年10月1日[23][24]（取自信越本線橫川區間之廢止日1997年10月1日），合適率為92.5%，最高紀錄為第30話時突破96%。
- 正義感極強的男孩，個性總是正向，屬於以突破周遭障礙的方式進行溝通的類型。自稱為「要挑戰世界之謎的男人」（世界の謎に挑む男）[25]，口頭禪是「可能性永遠不會是零」（可能性はゼロじゃない）。喜歡妖怪和神靈之類的超自然事物，並相信它們確實存在，當遇見形似妖怪之物時會立刻對其進行解說。夢想是有一天能與外星人交朋友。即使受到嘲笑，也會堅持不懈地追求自己的夢想[26]。成為新幹線戰士Z駕駛員後受到阿布特的影響，逐漸對鐵道產生興趣。第30話得知阿布特守護鐵傲帝的決心後決定以讓阿布特明白人類與鐵傲帝共存的可能性為目標而戰。
- 後傳小說《山手危機》中被指派成為新開發的「新幹線戰士Z ALFA-X」的駕駛員，後因E5遭蛇紋奪去而正式轉而駕駛ALFA-X。於事件結束後跟隨父親前往墨西哥的日本人學校留學。《復活的灰簾》中於得知灰簾出現的訊息後隨即趕回日本，並在阿布特的要求下接手再次駕駛Z E5。
- 姓氏取自已廢站的築豐本線貨物車站新多站，名字則取自新橋站的電報碼「シン」。
- 碓冰阿布特（碓氷 アブト，配音員：鬼頭明里[22]（日本）；沈小蘭（香港）；連思宇（台灣））
- 第二部雙主角之一。群馬縣橫川地區出身的小學5年級生，「闇黑新幹線戰士」的駕駛員，生日為2010年4月1日[23][24]（取自信越本線橫川區間開通日1893年4月1日）。超進化研究所橫川分部的維修員，熱愛鐵道，因性格冷酷而通常不會顯露情緒。雖然只是個小孩，卻有着天才般的頭腦，並參與了「Z火車」以及智能寶的開發工程。口頭禪是「那是假的」（アレは嘘だ）[26]，時常對進說謊並藉此告誡他不要一昧相信別人告訴他的事。
- 原為Z E5的預定駕駛，但因合適率未達標準而無法如願。夢想是能身兼新幹線戰士的駕駛員、維修員及設計者於一身。
- 第13話片尾為了得到關於其父親的線索而登上停靠於關原站的闇黑新幹線，下一話回歸時已成為闇黑新幹線戰士的駕駛員並在神凪的指示下襲擊其他新幹線戰士，看似已轉而與鐵傲帝聯手，實際上仍持續蒐集關於鐵傲帝之情報。第18話末跟蹤神凪與阿斯特尼亞前往猶格斯比亞而於下一話中成功與父親重聚，並得知自己其實是人類與鐵傲帝的混血兒。之後原本決定使用闇黑新幹線戰士以保護其親人，並保證自己不會被其他鐵傲帝成員控制，但於第24話得知鐵傲帝目前之處境、認知到自己是能為該種族帶來希望的救世主後開始產生同情，並對此感到矛盾。第29話因誤解是進等人抓走了剎羅一事而主動襲擊超進化研究所，下一話與新幹線戰士Z對峙時在自認仍未能保護所有自己應保護之人、極度失落的情緒下「覺醒」化為鐵傲帝形貌，並正式決定站在鐵傲帝陣營，之後對進表明自己打倒新幹線戰士Z的決心並向其訣別。第36話在與進的最後一戰時落敗後醒悟，解除覺醒形態並恢復正常。下一話回歸超進化研究所後仍持續被闇黑新幹線戰士先前對自己的負面影響困擾著，但在進的幫助下終於真正接受闇黑新幹線戰士並成功完全抑制住自己身上的托列蘭提亞。
- 荒吐討伐之戰結束後仍持續參與多部機體的開發、設計與改良，並進行訓練以提高自己的合適率。外傳小說《復活的灰簾》中如願成為Z E5 改善型的新駕駛，然而於進歸國時決定將其再度交棒給進。
- 姓氏取自信越本線橫川區間的愛稱「碓冰線」、名字取自Abt式齒軌鐵路系統之日文舊稱「アブト式」[27]。
- 大曲花火（大曲 ハナビ，配音員：寺崎裕香[28]（日本）；林丹鳳、黃鳳英（代配）（香港）；呂筱薇（台灣））
- 秋田縣大曲地區出身的小學5年級生，「新幹線戰士Z E6小町號」的駕駛員，生日為2010年12月21日[24]（取自大曲站開業日1904年12月21日）。來自大曲著名的花火師家庭，喜好搖滾樂，性格鮮明，夢想將大曲的煙火發揚光大[26]。總是以融合煙火以及搖滾樂的風格進行攻擊。說話常夾雜英文。
- 姓氏取自大曲站。
- 戶隱大樹（戸隠 タイジュ，配音員：雞冠井美智子[28]（日本）；雷比娜（香港）；高嘉鎂（台灣））
- 居住於長野縣木曾郡的小學5年級生，「新幹線戰士Z E7光輝號」的駕駛員，生日為2010年8月10日[24]（取自SL大樹開始營運之日期2017年8月10日）。原本與雙親住在東京，後因與同學發生誤會、受到排擠而退學並搬到長野的深山中，跟隨其祖父從事林業，對樹木有着豐富的知識[26]。起初無法理解新幹線戰士戰鬥的意義，當得知敵方的行動會破壞山林後，為了守護山林而決定進行戰鬥。口頭禪是「不過我是個很笨拙的人」（自分、不器用ですから）。害怕昆蟲，總是隨身攜帶着防蟲噴霧。對美達露有好感，並受其影響而於第41話決戰後考取了業餘無線電的職照，同時決定回到一般學校就讀。
- 姓氏取自急行戶隱、名字取自SL大樹。
- 中洲山笠（中洲ヤマカサ，配音員：島袋美由利[29]（日本）；袁淑珍（香港）；楊詩穎（台灣））
- 福岡縣福岡市出身的小學6年級生，「新幹線戰士Z 800燕子號」的駕駛員，生日為2009年7月15日[23][24]。（取自JR九州燕號特急再啟用日1992年7月15日）。博多名產沖獨活製造工廠的繼承人，同時也是一位鷹匠。總是理性地思考，並不相信非科學的事物，以九州的鐵道為傲[26]。口頭禪是「實在令人很不舒服」（実に不愉快な存在だ）。
- 後傳小說《復活的灰簾》第3話開始成為「新幹線戰士Z N700S鷗號」的駕駛員。
- 姓氏取自中洲川端站，名字取自由西日本鐵道營運的巴士路線山笠號。
- 安城長良（安城 ナガラ，配音員：東山奈央[30]（日本）；凌晞（香港）；楊詩穎（台灣））
- 愛知縣名古屋市出身的小學4年級生，「新幹線戰士Z N700S希望號」的駕駛員，島風的弟弟，生日為2012年3月16日[24]（取自夜行快速月光長良開始營運之日期1996年3月16日），合適率為92.3%，最高紀錄為第12話時的95%。全接觸空手道的道場生，個性瀟灑、總是充滿活力[26]。口頭禪是「○○，真的超級棒！」（○○、究極最高だぜ！）。
- 姓氏取自安城站，名字取自夜行快速月光長良。
- 安城島風（安城 シマカゼ，配音員：內田雄馬 [30]（日本）；李致林、陳琴雲（幼年）（香港）；胡鎮璽、高嘉鎂（幼年）（台灣））
- 愛知縣名古屋市出身的小學6年級生，「新幹線戰士Z 黃醫生號」的駕駛員，長良的哥哥，生日為2010年3月21日[23]（取自特急島風開始營運之日期2013年3月21日），合適率為91.5%，最高紀錄為第30話時突破96%。傳統派空手道的道場生，具有視野廣闊、溫和的性格[26]。原先與長良一同為「新幹線戰士Z N700S希望號」的候補駕駛員之一，但後來決定將駕駛員的職位讓給長良，自己則從旁協助。第22話時在龍司的要求下正式成為「新幹線戰士Z 黃醫生號」的駕駛員。
- 名字取自近鐵特急島風。
- 嵐山銀河（嵐山 ギンガ，配音員：蒼井翔太[31]（日本）；黃昕瑜（香港）；張乃文（台灣））
- 京都府京都市出身的小學5年級生，「新幹線戰士Z 500回聲號」的駕駛員，生日為2010年9月11日[32]（取自WEST EXPRESS 銀河開始營運之日期2020年9月11日）。演藝經紀公司所屬的偶像培訓生，想將自己的光芒傳給眾人，喜歡車站的發車音樂[26]。
- 姓氏取自嵐山站，名字取自夜行列車WEST EXPRESS 銀河。
- 月野美達露（月野 メーテル，配音員：雪野五月[33]（日本）；張頌欣（香港）；連思宇（台灣））
- 北海道長萬部町出身的小學5年級生，「新幹線戰士Z H5隼號」的駕駛員，生日為2010年9月9日[34]。興趣是業餘無線電，在家中設有業餘無線電基地台，每天收聽各種無線電。個性害羞，不善於與人交談。 很期待北海道新幹線在長萬部町的開通[35]。
- 於動畫中登場的一年前無意中收聽到蒼玉向外太空傳送的無線電訊號，從而得知超進化研究所以及新幹線戰士的存在，並對其產生興趣。某日依蒼玉的情報前往疑似為超進化研究所的根據地之一的新函館北斗站（即北海道分部），並遇見前來視察的出水總司令，後被出水招募成為「新幹線戰士Z H5隼號」的駕駛員。
- 角色原型來自銀河鐵道999角色美達露。
《新幹線戰士Z》中新增的超進化研究所分部。其大部分成員在第八話起改隸於大宮分部。
- 十河西條（十河 サイジョウ，配音員：後藤光祐[36]（日本）；陳永信（香港）；張至超（台灣））
- 超進化研究所橫川分部的指令長，個性膽小且易慌張，但無論如何都不會生氣，對決定巨型怪物體代號的方式十分講究[26]。於信越本線橫川區間尚未廢線時曾擔任橫川站之站長，現亦擔任碓冰峠鐵道文化村內觀光齒軌列車「シェルパ君」之駕駛職務。姓氏取自被譽為「新幹線之父」的日本國有鐵道第四任總裁十河信二、名字取自西條站。
- 島五一（島 ゴイチ，配音員：藤原貴弘[36]（日本）；葉振聲（香港）；賴緯（台灣））
- 超進化研究所橫川分部的維修長，受人愛戴的資深維修工，與阿布特認識已久，被䁥稱為「頭兒」（おやっさん）[26]，曾為床次於鐵道綜合技術研究所的部下，且為少數知道床次真實身份之人。姓氏取自新幹線計劃總工程師島秀雄、名字取自日本國鐵D51型蒸汽機車的愛稱「デゴイチ」。
- 吾孫子霞（吾孫子 カスミ，配音員：千本木彩花[37]（日本）；林元春（香港）；高嘉鎂（台灣））
- 超進化研究所橫川分部的指導員，個性認真，但有着不為人知的興趣[26]。私下是一名追星族，尤其為辻本達規的粉絲。姓氏取自十河信二在位時的國鐵副總裁吾孫子豐、名字取自香住站。
同為《新幹線戰士Z》中新增的超進化研究所分部，於第25話初次登場。因位處於新幹線沒有通過的四國地區而未配屬任何新幹線戰士機體，因此又被稱為「沒有新幹線戰士的分部」。該分部各職員之形象為對刑事劇西部警察以及向太陽怒吼！之致敬。
- 瀨戶日之出（瀬戸 ヒノデ，配音員：山口隆[38]（日本）；梁志達（香港）；（台灣））
- 超進化研究所伊予西條分部的指令長。姓氏取自臥舖列車Sunrise瀨戶、名字取自修學旅行集約輸送臨時列車「日之出」。
《新幹線戰士Z》中登場的敵方組織。與基度拉爾撒斯同為早於人類出現之前就生活於地球上的高度文明種族，遠古時代其族人為了對抗突然出現的怪物「荒吐」（アラバキ）而利用數顆「楔石」（クサビ石）將之封印，卻由於楔石對地表氣候造成的劇烈變動而最終放棄地球並全族遷移至鄰近的衛星「猶格斯比亞」（ユゴスピア）。 族人以身上具有發光紋路為特徵，並依紋路顏色區分階級[note 4]。部分族人於身上特定部位藏有鐵傲帝條碼。 第41話決戰後除撒共外全體族人在白虎和朱雀的協助下遷移至其他星球[16]。 族名取自特奧蒂瓦坎文明，成員名字取自世界各地的神話人物。
- 綿津見（ワダツミ，配音員：櫻井透[39]（日本）；麥皓豐（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 鐵傲帝的一員，身體紋路為藍色，條碼位於右手掌心。性格高傲且沉默寡言，喜好戰鬥[26]。
- 第7話以巨型怪物體化之姿態入侵超進化研究所橫川分部，被E5山手號以及大蔥不倒翁（刑部）聯手擊敗後離去。第20話再度入侵大宮分部時被覺醒後的E5山手號以山手線車站聖劍擊敗而石化，其遺骸被其餘族人儲存於上野楔石附近的地底空間內，第37話被凡爾托姆以王之力再度化為巨大化姿態，但僅為無意識之傀儡，之後便被闇黑新幹線戰士絕對形態再次消滅。
- 名字取自日本神話人物綿津見。
- 凡爾托姆（ヴァルトム，配音員：松風雅也[39]（日本）；李安邦（香港）；張至超（台灣））
- 鐵傲帝的一員，身體紋路為黃色，條碼位於額頭。話很多，總是目中無人的說話[26]。即使自知無法控制荒吐的力量仍堅決將其復活，表面上是為了藉由荒吐的力量消滅地球上的人類，實際上真正的目的卻是利用荒吐造成動亂並趁機奪取鐵傲帝的王位。
- 第27話以巨型怪物體化的姿態破壞位於關原的楔石後被E5山手號與黃醫生號擊敗，右臂也被斬斷而呈現部分石化的狀態。第29話行刺鐵傲帝國王並奪取其「王之力」後變異成形似爬蟲類的形態，同時獲得召喚並指揮狄亞波爾的能力。第32話感知到瓦爾德魯散發的強烈意志，因而使用王之力將其修復並控制，但在其經H5北斗號的幫助而擺脫控制後感到困惑並撤退。第34話介入E5與闇黑新幹線戰士之決鬥，強行注入大量托列蘭提亞予阿布特使其暴走並將E5擊出競技場。第38話將多隻狄亞波爾以繭的形式安置於僅剩的5座楔石附近，並趁新幹線戰士Z全員前往對決神凪、守備空缺的時機將5座楔石同時破壞，成功使荒吐復活。下一話試圖控制神凪並將其與荒吐融合，卻被神凪反利用其釋出的托列蘭提亞將存有王之力的寶石拔除，因此失去王之力並恢復原貌。第40話遭完全復活的荒吐吞噬，消失於其體內的熔岩中，最終隨着荒吐的消滅而一同死去。
- 名字取自克蘇魯神話人物烏素姆。
- 神凪（カンナギ，配音員：阿座上洋平 [40]（日本）；胡家豪（香港）；賴緯（台灣））
- 鐵傲帝的王位繼承者，身體紋路為紫色，條碼位於雙眼。認定阿布特為能為鐵傲帝的未來帶來希望的救世主，於阿布特登上並啟動闇黑新幹線後命令其駕駛闇黑新幹線戰士並擊敗其餘新幹線戰士，並數度於其動搖時慫恿其繼續戰鬥，最終促成其覺醒。第36話於闇黑新幹線戰士遭擊敗、阿布特被超進化研究所奪回之際發覺自己仰賴闇黑新幹線戰士進行戰鬥的決定是錯誤的，並打算親自上陣對付新幹線戰士，但被撒共阻止。第38話仍成功返回地表並不顧阿斯特尼亞的反對使用禁忌的條碼「敗者必滅」親自化為巨大化姿態，卻於對上新幹線戰士時被侵入捕獲力場的流體狀態荒吐從後方襲擊並帶至地底。下一話將王之力自凡爾托姆奪回並藉此脫離荒吐，前往與阿布特對峙。於被擊敗後因「敗者必滅」的作用而失控暴走。第40話由巴夫拉穆、卡瑪洛斯以及阿布特合力將條碼消除後恢復理智，認為自己領導鐵傲帝失職並要求巴夫拉穆將其處決，但最終被後者寬恕沒有處決。第41話帶領全體鐵傲帝族的戰士們支援對抗荒吐作戰的第一階段。於荒吐被消滅後放棄使族人回歸地表居住的想法，選擇移居外星[16]。
- 名字取自泰米爾族傳說人物卡納基以及日文「巫」的另一種讀法かんなぎ。
- 明星明野/阿斯特尼亞（明星 アケノ/アストレア，配音員：井上麻里奈[41]（日本）；劉惠雲（香港）；連思宇（台灣））
- 第1話中於橫川地區一處知名釜飯屋內與新多姐弟偶然相遇的神秘女性，職業為攝影師[26][42]。曾試圖近距離拍攝巨型怪物體「大蔥不倒翁」，後在抵達現場的新幹線戰士Z E5隼號的保護下離開。之後亦不時於全國各地的不同場合中與主角們不期而遇。
- 真實身份為鐵傲帝的一員、神凪的雙胞胎姐姐「阿斯特尼亞」，身體紋路為粉紅色，條碼位於右手指尖。於鐵傲帝形態時總是佩戴着面具掩蓋自己的外貌，僅於第20話中對阿布特摘下面具並因此被後者認出。第30話於戰鬥尾聲時介入並將阿布特帶離戰場，同時向超進化研究所正式揭露自己之身份。下一話唆使鮎引其進入大宮分部，卻反中計而被大宮分部各職員圍困於地下試驗場中，之後仍成功逃離。第38、39話試圖阻止神凪使用「敗者必滅」條碼未果並向阿布特求助。
- 人類姓氏取自臥舖特急明星、名字取自明野站、鐵傲帝名字則取自希臘神話人物阿斯特賴亞。
- 碓冰床次/撒共（碓氷 トコナミ/ザガン，配音員：田邊幸輔[43]（日本）；陳卓智（香港）；余孟珂（台灣））
- 阿布特的父親，新幹線戰士Z以及Z火車的原設計者，多年前失蹤後一直於阿布特的夢境中出現。
- 真實身份為鐵傲帝的一員，身體紋路為白色。於15年前被派遣前來地球偵查，卻因着陸失敗而負傷，後被白雪發現並帶回治療，從而感受到人類的善良面。之後在白雪的介紹下結識時於碓冰峠鐵道文化村任職的島，為了修復墜毀的太空船而向其學習鐵道維修相關的知識與技術，卻因而逐漸喜歡上鐵道，更於島的引介下進入超進化研究所任職。期間曾一度參與新幹線戰士的初期設計，成為唯一知曉麒麟以及研究所實際內幕之職員，但不認同麒麟以武力逼迫人類與異族共存的思想，認為必定有其他方法能令三族和平共存，因此於第一號敵人出現、新幹線戰士的開發正式實行後即退出該計劃並與島一同轉職至鐵道綜合技術研究所。當見證了新幹線戰士與麒麟的決戰後決定重回超進化研究所，聯同島以及鐵道文化村各職員創立橫川分部，在該處進行新幹線戰士的改良。然而該目標尚未實現便被阿斯特尼亞發覺並被迫回到猶格斯比亞，以其學到關於新幹線戰士之技術為鐵傲帝建造「闇黑新幹線戰士」，但暗中仍持續將自己的設計以及關於Z碼的情報以心靈感應形式託付給身為人類與鐵傲帝混血的兒子阿布特，希望阿布特能代替自己完成該使命。第19話與阿布特重聚並得知其已成為闇黑新幹線戰士的駕駛員後試圖對其警告神凪的危險性，但被阿斯特尼亞介入，聲音也遭後者奪去，自此無法言語。第32話恢復言語能力後將剩餘情報告訴剎羅並派其前往超進化研究所。第35話請求巴夫拉穆等鐵傲帝戰士們將遭擊入太空中的E5帶回，並動用猶格斯比亞的民用能源替失去動力之E5以及智能寶充電。第36話指導駕駛員們前往猶格斯比亞的主要動力源並抽取其中能量以提供Z火車E235山手線所需之電力，該話結尾為了阻止神凪而犧牲自己引爆鐵傲帝王宮，使其脫離猶格斯比亞主體並漂向宇宙深處，將自己以及神凪與阿斯特尼亞困於其中。之後兩人仍先後逃脫並回到地表，留下自己獨自被囚禁於逐漸崩塌的王宮中。第40話於王宮完全崩解的前一刻被阿布特及時救出，並告知其能夠擊敗荒吐的最後手段。第41話回到猶格斯比亞並協助將荒吐拖離地表。決戰後與家人團聚，成為唯一決定留在地球的鐵傲帝族人。
- 人類名字取自鐵道大臣床次竹二郎、鐵傲帝名字取自神祕學魔神撒共以及澳洲鐵路長途列車大汗號之日文名稱「ザ・ガン」。
- 剎羅（セツラ，配音員：久保百合花[44]（日本）；廖欣怡（香港）；楊詩穎（台灣））
- 居住在猶格斯比亞的鐵傲帝幼童，身體紋路為平民階級的草綠色。害羞但本性純樸，對地球的事物很有興趣[26]。
- 第29話中因目擊凡爾托姆弒王的過程而遭到狹持，後被蒼玉救出並依其指示前往超進化研究所大宮分部，之後由大宮分部暫時收留，但下一話中隨即被阿斯特尼亞用計帶出。第32話受床次之託而獨自再度前往大宮分部並告知眾人Z火車261北斗號之Z碼的所在地。喜歡鐵路便當，甚至於第34話眾人即將前往猶格斯比亞時要求載運大量鐵路便當同行以予族人們享用。
- 名字取自佛教護法神羅剎的日文讀音「らせつ」之重組。
- 鐵傲帝國王（テオティの王，配音員：江川央生[45]（日本）；林國雄（香港）；余孟珂（台灣））
- 鐵傲帝的統治者，神凪與阿斯特尼亞的父親，身體紋路為淡紫色。其身體處於癱瘓的狀態無法行動，因而將國事交由神凪治理，自己退居幕後休養。第29話開頭遭凡爾托姆刺殺並石化。
- 新多鮎（新多 アユ，配音員：高尾奏音[41]（日本）；葉曉欣（香港）；高嘉鎂（台灣））
- 進的姊姊，中學1年級生，夢想成為記者[26]。為廣播節目主持人妙老爹鬼塚的粉絲。名字取自赤湯站的電報碼「アユ」。
- 新多希望（新多 キボウ，配音員：花輪英司[47]（日本）；蘇強文（香港）；張至超（台灣））
- 進與鮎的父親。名字取自修學旅行集約輸送臨時列車「希望」。
後傳小說《山手危機》中於東京都遭紅簾封鎖期間未被結晶化且由隼人與青龍成功救出的數十名一般市民，全員的合適率皆達75%以上。
- 原（原）
- 第一個被找到的倖存者，喜好鐵道模型的年輕男性。
- 竹內（竹内）
- 東京站的女性站務員。
- 大成太晴（大成 タイセイ，配音員：石橋陽彩[54]、三浦千幸[55]（幼年）（日本）；李凱傑、沈小蘭（幼年）（香港）；張立昴、高嘉鎂（幼年）（台灣））
- 第三部主角。埼玉縣出身的中學2年級生，「新幹線戰士 E5隼號」的駕駛員，生日為年10月14日（取自鐵道博物館開館日2007年10月14日）。
- 個性認真、善良，但也很怕生、經不起勸誘。很尊敬自己的姊姊伊奈，並受她的影響對鐵道產生興趣，在元宇宙中建造理想的車站和鐵道路線。為了尋找有關伊奈失蹤的線索而轉學到大宮進開學園中學部[56][57]。
- 姓氏取自鐵道博物館所在地大成町，名字同樣取自「大成」之變音。
- 福爾登・茜（フォールデン アカネ，配音員：小野賢章[54]（日本）；李致林（香港）；賴緯（台灣））
- 東京都出身的中學2年級生，「新幹線戰士 E6小町號」的駕駛員，生日為7月20日。
- 有者法國籍父親及日本籍母親的混血兒。出生於運動員世家的他，原本身為田徑運動員而被寄予厚望，卻因傷退出了田徑界。個性冷靜自信[57]。
- 名字取自新幹線E6系電聯車外觀上半部塗裝之名稱茜色。
- 九頭龍良太（九頭竜 リョータ，配音員：土屋神葉[54]、關根有咲[58]（幼年）（日本）；曹啟謙、黃鳳英（幼年）（香港）；賈文安、江欣怡（幼年）（台灣））
- 福井縣出身的中學2年級生，「新幹線戰士 E7光輝號」的駕駛員，生日為5月21日。
- 大宮進開學園鐵道社的副社長。雖然個性頑皮但很貼心，很快就和剛轉入的太晴成為了朋友。幼時曾被新幹線戰士拯救過，因此對新幹線戰士懷有敬佩之情[57]。
- 姓氏取自越美北線之愛稱「九頭龍線」以及北陸新幹線新九頭龍橋。
- 青梅舞（青梅 マイ，配音員：本渡楓[54]（日本）；凌晞（香港）；張乃文（台灣））
- 埼玉縣出身的中學2年級生，生日為5月20日。
- 良太的的青梅竹馬，為人踏實，擔任大宮進開學園鐵道社的社長。仰慕身為天才系統工程師的伊奈，立志成為工程師，並從旁協助太晴等人的訓練[56]。超進化鐵路開發機構的候補駕駛員之一，然而目前其適性値仍不足以駕駛。
- 名字取自青梅線以及青梅鐵道公園。
- 最上伽馬（最上 ガンマ，配音員：石黒史剛[61]（日本）；李鎮然（香港））
- 埼玉縣出身的高中2年級生，「新幹線戰士 E8翼號」的駕駛員，生日為11月17日。
- 大宮進開學園高等部的學生會長。個性嚴肅，對自己和周圍的人都很嚴格[56]。
- 姓氏取自最上站。
- 海風九十九（海風 ツクモ，配音員：畠中祐[62]（日本）；關令翹（香港））
- 長崎縣伊王島出身的中學2年級生，「新幹線戰士 N700S鷗號」的駕駛員，生日為9月19日。
- 個性開朗，深愛着分隔而居的弟妹。興趣是參觀家鄉長崎的工業遺產並拍照[56]。
- 名字取自急行九十九島。
- 西大路大和（西大路 ヤマト，配音員：浦和希[63]（日本））
- 奈良縣出身的高中1年級生，「新幹線戰士 500回聲號」的駕駛員，生日為10月29日。
- 京都進開學園的鐵道社社長。有着膽小怕事的一面，但也比任何人都更熱愛機械人[56]。
- 姓氏取自西大路站、全名取自大和西大寺站。
- 高輪門道（高輪 カドミチ，配音員：小林親弘[54]（日本）；蘇強文（香港）；張至超（台灣））
- 大宮進開學園的日文老師、鐵道社的顧問。33歲[68]，生日為6月7日。
- 同時亦於超鐵機任職，職位為司令室室長[69]，負責指揮新幹線戰士駕駛員及指揮員們。對學生很友善體貼，被良太暱稱為「門哥」（カッちゃん）[56]。
- 十數年前曾為「新幹線戰士0」的駕駛員，因長大後適性值降低而於零士接任後退出前線轉為後勤指揮[66]。
- 姓名取自高輪Gateway站。
- 大成伊奈（大成 イナ，配音員：喜多村英梨[54]（日本）；詹健兒（香港）；張乃文（台灣））
- 太晴的姊姊，比太晴年長10歲，生日為12月6日。一位才華橫溢，被稱為天才的系統工程師。個性積極進取、不服輸，並有着堅定的信念[56]。
- 曾以工程師的身份於超鐵機任職，然而不滿於該機構僅將麾下駕駛員們視為可隨時捨棄的消耗品，並認為其無法真正守護和平，因而於兩年前突然失蹤，後成為「幻影新幹線戰士」駕駛員與超鐵機為敵。
- 被太晴擊敗後於第14話恢復超鐵機職務並被任命為開發室主任。
- 名字取自伊奈線。
- 津川阿賀野（津川 アガノ，配音員：村井雄治[70]（日本）；黃啟昌（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 於超鐵機負責開發新幹線戰士的研究員，生日為11月23日。
- 高輪的大學學弟，與伊奈約同時期入職[71]，並於伊奈失蹤後繼承了她的研究成果，每天不斷持續研究[56]。
- 姓氏取自津川站、名字取自快速阿賀野。
- 濱甲斐路（浜 カイジ，配音員：田中正彥[72]（日本）；陳永信（香港）；胡鎮璽（台灣））
- 超鐵機東日本本部的本部長，生日為1月3日[56]。
- 超鐵機的創始成員之一，原職位為司令室室長，於鍋島過世後接任成為本部長[66]。為了達到目的而時常發表冷酷的言論。
- 姓名取自特急甲斐路以及臨時特急濱甲斐路。
鏡音 鈴、連（鏡音 リン・レン）、巡音 流歌（巡音 ルカ）、MEIKO、KAITO等虛擬歌手角色於發音未來的初登場集數——第15話的函館市景畫面中以路人身份客串。鏡音鈴與連另於第52話中客串，接受大沼司令於車站內發放的食物。
隼人於第31話與劇場版兩度穿越到另一個世界時遇到的人物。角色原形均來自《新世紀福音戰士》同名角色，聲優亦與原作相同。而在第一部第31話登場的客串角色中，除了美里以外亦皆於劇場版中再度登場。而在第二部第21話中除了碇真嗣、綾波零與惣流·明日香·蘭格雷繼第一部之後再次登場，碇真嗣的父親碇源堂亦有登場。
- 洞木回聲（洞木 コダマ，配音員：岩男潤子（日本）；林元春（香港）；高嘉鎂（第一部）、魏晶琦（劇場版）[5]（台灣））
- 洞木光（洞木ヒカリ，配音員：岩男潤子（日本）；黃昕瑜（香港）；穆宣名（第一部）、傅其慧（劇場版）[5]（台灣））
- 洞木希望（洞木 ノゾミ，配音員：岩男潤子（日本）；葉曉欣（香港）；呂筱薇（第一部）、穆宣名（劇場版）[5]（台灣））
- 第一部第31話初次登場，熱愛鐵道的三姐妹，名字分別取自新幹線回聲、光與希望號列車。
- 其中光為《新世紀福音戰士》原作角色，回聲與希望則為2015年JR西日本與福音戰士合作時創造的角色。
- 碇真嗣（碇 シンジ，配音員：緒方惠美（日本）；鍾見麟（TVB）、林筠翔（公映版本）（香港）；穆宣名（第一部）、林筱玲（劇場版[5]）、楊詩穎（第二部）（台灣））
- 第一部第31話初次登場，「新幹線戰士500 TYPE EVA」駕駛員，14歲，與原作相比性格更加樂觀、開朗。
- 第二部第21話再次登場，接續成為500 TYPE EVA之後繼機「新幹線戰士Z 500 TYPE EVA」的駕駛員。
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