300系や700系(C・B編成)が短編成化に向かないこと、500系は車体が頑丈であること、500系車両そのものがファンに人気である等の理由から、新幹線としては異例の経年25年以上に渡って使用されており、同車より後に製造された700系(C・B編成)が先に引退。さらに2020年以降本系列の運用を置き換えたはずのN700系(X編成)の廃車も始まっている。(実際に本系列を置き換えたのは2020年に廃車が始まったX編成ではなく、K編成(旧N編成)である。)

V5・V6編成については運用削減・保有車両の削減のため2022年ダイヤ改正に合わせて除籍。
車両延命のため、V2・V7・V8編成の制御装置がGTOからIGBTへ、V2・V4・V7・V8・V9編成の行先表示器がフルカラーLEDに交換された。

代替車両に関しては、2020年時点では「500系・700系E編成の後継車両は自社では開発せず、N700Sを導入する予定」と報道されていたが、その後2024年2月に「500系4編成を、2026年度末までに自社保有のN700系16両編成を8両に短編成化改造して転用し置き換える」方針を発表。残る2編成の置き換え予定は未定だが、それほど遠くない未来に引退するとしている。(参照)

エピソード

16両編成時代

最高速度320km/hでの営業運転できる性能を持っていたが、運用開始前に発生した阪神淡路大震災の影響もあり、地震発生時などの緊急時の制動に対応できるよう300km/hでの営業運転となった。
現時点で、日本の新幹線車両では主幹制御機に横軸ツインレバー式を採用している唯一の形式である。(他は縦横軸併用ツインレバー式)
ひかりには基本的に使用されず、臨時列車とレールスターなどの他の車両の代走と2012年3月改正～2013年3月改正までのV編成による定期運用のみである。
300系より1両あたり約600kgの軽量化がなされているが、部材の加工が困難なため一両当たりの価格が高額になってしまっている。
16両時代に装備していた翼型パンタグラフは一般的なパンタグラフのようにバネで上昇させるのではなく、圧縮空気で上昇させていた。このため長時間の停電時に圧縮空気が無くなってしまうとパンタグラフが降下してしまい、このため、予備のバネ上昇式パンタグラフが装備されていた。
W1編成は登場時パンタグラフを3基装備していた。ただし1基は試験・予備用だったので後に撤去されており、量産車であるW2編成以降には装備されていない。
300系と同じく8～10号車はグリーン車、それ以外は普通車。7号車の東京寄と11号車の博多寄にサービスコーナーを設置。

8両編成化後

最高速度は285km/hに変更。編成記号は16連の「W」から8連の「V」となった。
3号車と7号車に新たに喫煙ルームを設置。(2024年3月サービス終了)
8号車には新大阪寄りの一部の座席を撤去し、運転室手前の子供用に運転台を模した遊具を設置。
2013年9月から12月にかけて、従来より指定席に設定されることのある4・5号車の座席を横2列-3列から2列-2列とし、「ひかりレールスター」の指定席と同じ座席に取り替える工事が行われた。
翼型パンタグラフシングルアームをパンタグラフに換装、パンタカバーも変わった。
全9編成のうちV2編成以降の8編成が8両編成化されているが、W1編成は編成ごと廃車除籍になっており、このうち博多方先頭車の521-1が京都鉄道博物館へ保存展示され、東京方先頭車の522-1が日立製作所笠戸工場に保存(非公開)されている。