車體外觀0系車輛長25米，闊約3.4米，比一般日本在來線車輛長5米和寬0.5米。車廂地板離地1.3米，也比一般車輛離月臺較高。車體以碳鋼制造，因此車輛平均重量達64噸。0系采流線型設計，其中和飛機的駕駛艙相似的駕駛室和前頭部分是設計者前日本海軍技術少佐三木忠直從二戰(zhàn)時他負責設計的銀河型轟炸機引進的。0系車輛的最前部分有一個半圓形的蓋板，開發(fā)時曾打算作為主車頭燈（通稱為“光前頭裝置”（ひかり前頭裝置））。當時的蓋板以半透明的壓克力制造，在安裝了螢光燈后，可擴大列車在夜間行駛時駕駛的視野。但是試車時蓋板常因撞到雀鳥而損毀，加上螢光燈的亮度不合預期，因此日本國鐵最終決定放棄光前頭設計，將原有空間安放緊急牽引用車勾，蓋板則改以不透明的玻璃鋼制造，并在原“光前頭”兩旁加裝一對車頭燈（共兩對）作為彌補。這兩對車頭燈在逆向行駛時，燈罩內的紅色透明片（初期制造車輛的是蝴蝶形，后期的則是半圓形）會蓋在燈泡前，以達到和紅色尾燈相同的效果。光前頭下方安裝了排障器，以排除任何掉在軌道上的障礙物，避免列車在高速運行時撞上導致出軌。冬季的時候排障器也能排除軌道上的積雪，令列車能如常運行。排障器也是列車的擾流器，避免列車在高速運行時被在車廂下方形成的氣流卷起。另外排障器改變空氣的流動方向后，也能避免安裝車廂下方的設備積聚塵埃。排障器的設計參考了小田急首代浪漫特快列車3000系“SE”和日本國鐵151系的排障器設計再加以強化而成，初期和車體一樣為鋼制，第22批車輛起改用鋁制造。駕駛室上方倒L字型的薄鐵板是靜電釋放條，同時也有檢測架空電纜電壓的功能。這個形狀和試制車1000型大有不同的設計現(xiàn)已成為新干線車輛系列的商標。雖然在其后不同型號的車輛的安裝位置會有差異，但其形狀至今（N700系）都沒有很大的變化。0系初期曾使用當時日本特急列車普遍使用，用以顯示列車級別、班次名稱、編號和目的地的鐵板。但因為高速運行時會有飛脫的可能性，另外班次增加令鐵板的使用復雜，加上常被乘客偷去，所以日本國鐵決定只顯示列車目的地。其后山陽新干線開業(yè)令列車運行系統(tǒng)更為復雜，最終國鐵決定采用電動方向幕來解決問題。在新制車安裝電動方向幕的同時國鐵也為已投入服務的車輛進行更換工程，并于1976年完成。自此其后的型號均采用電子方向幕。車體涂裝參與設計的0系的國鐵副技師長星晃曾表示，0系的原色涂裝是參考泛美航空航機的涂裝和hi-lite牌香煙的包裝紙設計而成的。車體主色為乳白色，車窗附近則涂上日后新干線專用的“新干線藍”色，兩種顏色分別代表白云和藍天。1988年開設的“西日本光”號班次所使用的0系列車的車體主色改采100系的淺白色，其他車輛則自1995年起陸續(xù)更改涂裝。至於涂裝設計則分兩種，普通涂裝是0系原有涂裝的設計，“西日本光”號的0系則參照100系涂裝，在車窗下方的藍色涂裝中間加上一條白線。2002年，JR西日本旗下的0系車輛完全退出光號班次的服務，改為服務回聲號的班次。涂裝也更換成灰色和螢光綠色的新涂裝。2008年，在0系完全退役前，JR西日本將三列用于告別班次的列車涂上開業(yè)時的涂裝。有關0系涂裝的變更，詳細請參閱R、WR編組和復舊工程段落。