概要
1963年（昭和38年）登場の103系以来16年振りとなる国鉄の主力通勤形電車として国鉄直流用電車初の電機子チョッパ制御及びそれに伴う電力回生ブレーキ・空気バネ台車を採用。従来の通勤電車イメージを覆す前面のブラックフェイス等、意欲的な設計を盛り込んだ電車である。
1979年に試作車900番台、1981年]（昭和56年）より量産車0番台がそれぞれ登場。翌82年（昭和57年）には本形式をベースに、車体をアルミとした203系が常磐緩行線向けに製造された。
また、福岡市交通局1000系は本形式をベースに車体をステンレスにしたもので、台車や内装に共通点が見られる。
103系に代わる新形式として登場した201系であったが、主電動機電流制御を全て半導体に頼る電機子チョッパ制御を採用したため、製造費がかなり高額となってしまった。
当初は私鉄向けを含めた量産効果による製造コスト低減も期待されたが、既に私鉄などではやはり高コストに音を上げ、地下鉄向け等特殊条件以外ではより低コストの界磁チョッパ制御に移行していたため、量産効果が期待出来なくなってしまった。
運行条件から回生電力活用が期待出来ないJR九州筑肥線地下鉄直通車には車体こそ201系と同等であるが、電装品を103系のもので誂えた程（「103系1500番台」を参照）である。
1985年限りで製造は打ち切られ、その後の通勤形電車増備は製造・運行コスト共に廉価な界磁添加励磁制御を用いた205系に移行している。
登場の背景
1960年代後半 - 70年代にかけて、大手私鉄ではチョッパ制御、回生ブレーキ、空気バネ台車、オールステンレス/アルミ車体が普及していた。しかし、国鉄は労組反対等もあり、通勤型電車は旧来からの抵抗制御・コイルバネ台車・鋼製車体を持つ103系を製造し続けていた。
しかし、石油危機（オイルショック）を発端とする省エネルギー化風潮や103系陳腐化もあり、国鉄は電機子チョッパ制御次世代通勤形電車を開発することとした。それが201系である。1979年（昭和54年）、試作車900番台5連×2本が先行して落成。国鉄は初の量産回生ブレーキ電車ということで、「省エネ」のヘッドマークを掲げてPRした。
なお、国鉄通勤型車両としては初の全車冷房車として登場した型式であり、当時まだ多数残っていた非冷房車を置換したことに伴う夏場サービス向上の側面もあった。当時、103系でも優先的な新車投入で比較的優遇されていたとされる山手線でも冷房化率は3/4。全車の冷房化は国鉄分割民営化後のことであり、101系の当時の中央本線等推して知るべしである。なお、中央快速線全列車が201系に置換えられたのは1985年（昭和60年）であり、これは山手線冷房化より早かった。
車両解説
車体
普通鋼製車体だが、腐食対策に力が入れられ若干外観にも影響している。連続溶接と塗装で目立ちにくいが、車体裾部は63系同様台枠の鋼材が露出している。従来のスポット溶接では、隙間から毛細管現象で水が侵入してしまい、それが元で腐食していたことから元から断つべくこの構造となった。
登場時期が国鉄経営が傾いていた時期と重なったこと、製造価格が高コストな割に消費電力が103系とさほど差がなかったため導入線区は限定的であったが、それでもそのブラックフェイスデザインは非常に秀逸で､私鉄各社の通勤型電車に模倣された（このデザインの起源は東急車輛製造であった）。
内装
それまでの緑の壁紙・青い座席という1950年代前半より踏襲されて来た寒色系のスキームから脱却し、暖色系カラースキーム及び冷房搭載前提の内装デザインとなった。ただし、天井高さが低いことから圧迫感の強い印象を与えてしまい、量産車である程度改良された。
この内装は後年、103系等の特別保全工事車や更新車でも採用された。
機器類
電機子チョッパ制御を国鉄直流電車として最初に採用。私鉄では既に10年程実績があった界磁チョッパ制御は複巻電動機を用いる必要があり、一部で激しい電圧降下を経験していた国鉄では忌避され、直巻電動機で全速度域をチョッパ制御するものを「本命」としていた。
本来地下鉄等の低速且つ高加減速運用で効率が上がる方式ではあるものの、国鉄では駅間距離が長く高速運行を行う幹線で主に運用されるため、特に高速域で積極的に回生ブレーキを行う技術開発に注力していた。
しかし、当時の電機子チョッパ制御では、界磁チョッパや添加励磁装置による界磁磁束調整といった起電力を細かく調整する機能が実装されていなかったため、昇圧チョッパ回路となる回生ブレーキ時にはエネルギーが大きい高速域で過電圧が生じてスイッチング素子破壊の恐れがあったため、通常の抵抗制御電車と比べ、高速域での電気制動力を上げられなかった。
そのため、主電動機は電機子チョッパ制御に合わせた新形式・MT60形が設計された。これは、コイル巻き数を少なくする等によって起電力を抑制※し、高速域で回生ブレーキを積極的に活用することを図ったものである。歯車比も15：84=1：5.6まで落とし、定格電流や定格回転数の高さも相まって、走行特性が全体的に高速寄りとなっている。
さらに、時速100km以上の速度域では、回生ブレーキの際に抵抗制御車同様のバイパス分路による弱メ界磁制御を行うことで、回生時の電圧上昇を抑える工夫がなされた。
しかし、これでも架線電圧を大幅に超えてしまい、対策として主回路に抵抗を挟んだり、回生絞り込み制御を導入し、T車にブレーキ力を負担させる等、回生電力を抑える施策が行われた。
電機子チョッパ制御は低速域まで回生が可能とされるものの、そもそも低速域運動エネルギーは小さく、回収してもしなくても電気代にほとんど差異がない。
逆に回生電力を多く見込めるはずの高速域で回生ブレーキを絞らねばならず、高価な制御器を入れての結果がそれでは費用倒れといい得るものであった。
ちなみに、低速域での高効率運転・高速域での回生制動力両立という課題は半導体スイッチング素子や制御技術向上・コストダウンが実現した事で、営団地下鉄が実用化した分巻チョッパ制御方式（電機子+界磁チョッパ）で完全な解決を見る。
もっとも、実用化された80年代中頃は既にVVVFインバータによる誘導電動機駆動が視野に入っており、余り採用が広がることはなかった。
※似た様な施策は近年の炭化ケイ素適用スイッチング素子を用いて大電力整流に対応し、高速域での回生電力を増加させ、省エネルギー化を図ったという売り込みの車両でも行われている。
番台別解説
900番台（試作車）
前述の通り、1979年に中央本線（中央快速線）及び青梅・五日市線用の記念すべきトップバッターとして導入された。
1983年に量産化改造が行われ、組成変更や電装解除等が行われ、国鉄末期にはカナリアイエローに塗り替えた上で中央・総武緩行線に転属。
同線撤退後はスカイブルーに塗装変更の上で京葉線及び外房・内房線に転属したが、老朽化に伴い2005年（平成17年）11月に廃車・解体された。
0番台（量産車）
900番台の実績を参考にして改良を施した量産車。運転室直後の戸袋窓がなくなった他、ブレーキ回生率向上・メンテナンスフリー化やコストダウンを図った設計変更が加えられた。
増備中の1984年（昭和59年）には「軽装車」と呼ばれるコストダウン仕様に変更されている（詳細→Wikipedia）。主な変更点としては側面窓を2段上昇式に変更、形式表示を切抜き文字→ペイント文字がある。
運用
国鉄時代
900番台が中央快速線に投入。量産車0番台も同線に集中投入され、全てを201系に置換する形となった。その後、中央・総武緩行線にも投入されている。
また、関西エリアにも京阪神緩行線に投入されたが、それまでの103系よりも高速域性能が高かったことから歓迎され、その後投入された205系と合わせ、日中時間帯は201・205系限定運用が組まれることとなった。
国鉄分割民営化後はJR東日本・JR西日本にそれぞれ794両・224両が継承された。
JR東日本
中央・総武緩行線で運用されていた車両はE231系0番台増備に伴って2001年（平成13年）までに撤退。青梅・五日市線及び京葉線に活躍の場を移した。また、観光用改造車「四季彩」も登場した。
E233系0番台が登場した2006年（平成18年）頃より本格的な置換が始まり、2010年（平成22年）に中央本線及び青梅・五日市線より撤退・廃車され、長野で解体された。最後の2編成は長野までの廃車回送のうち、豊田→松本間を臨時団体列車兼用として運行された。翌2011年（平成23年）には京葉線からも撤退。現在はトップナンバー・クハ201-1のみ保留車として残存しており、イベント等で公開される場合がある。
JR西日本
2003 - 07年にかけて全車に体質改善工事が施行された。
具体的には…
- 腐食対策に窓サッシを2段の田の字窓からバス風の逆T型サッシに取替。
- 同様に戸袋窓埋込（ただし、103系と異なり、妻窓は残存）。
- 同様に屋根の雨樋と外板一体化による張上げ屋根化。
- 前照灯を前面窓内に配置変更。
- 内装を223系に準じたベージュ色の内装材に交換。
- 妻引き戸を207系風のタイプに交換。
- ドア付近に吊革増設。
後に方向幕を3色LED式に交換する等、誰が呼んだか「永遠の次世代車両」という渾名が付いている。
新製配置された京阪神緩行線（JR神戸線・京都線）からは321系投入に伴い、2007年（平成19年）までに撤退した。しかし、経年が浅く（28年）当時のJR西日本の方針である”古い車両を大切に末長く使いましょう計画”の下大阪環状線・大和路線・おおさか東線に活躍の場を移した（体質改善未施工車は転属時に施工）。
当初は全車両が大阪環状線に集結する計画であったが、その前提で組換えを行うとM車比率が滅茶苦茶となる（全て8連とした場合、4+4連や中間車全てがM車という編成が爆誕してしまう模様）ため、最終的に「7連×2本→6・8連が1本ずつ」という形で整理されていた。玉突きで103系の一部編成を置換えたものの、全てを淘汰出来る程の車両数を保有していなかったため、103・201系は共通運用で使われた。
転属の際に6連はウグイス色、8連は原則オレンジ色に塗り替えられた。後者は中央快速線を彷彿とさせるが、前者は国鉄時代にはなかった塗装パターン故か、「公式ウソ電」と呼ばれた。
余談であるが、かつて量産車0番台が登場した頃に鉄道模型メーカー「KATO」が各路線に投入されると見込んで5色全て発売、結局山手線ウグイスと常磐線エメラルドが幻となり、その後生産中止→カタログからも存在自体が抹消された過去があるため、大和路線カラーが出た際にこの件が蒸し返されたとか。
大阪環状線用編成については同線向けに新製された323系に代替される形で103系共々置換えられ、2019年（令和元年）6月7日限りで運行終了。大和路・おおさか東線用編成については、「残存していた103系6連置換」「おおさか東線新大阪延伸」に伴い、大阪環状線からの転属で編成が補充され、この時点でJR西日本201系はウグイス色のみとなり、余剰となった編成や中間車は廃車となった。
おおさか東線は大和路線と使用車両が共通なため、何と平成末期開通の新路線であるにもかかわらず、新大阪延伸開業1番列車の大役を果たした。さらに、103系撤退に伴い、同線普通列車は201系で統一され、真新しい路線に終日電気子チョッパ音を響かせながら走る姿が日常と化していた。
そんなこともあって当分安泰かに思われたが、網干より転属して来た221系によって順次置換が進められており、2022年（令和4年）3月ダイヤ改正限りでおおさか東線より撤退した。残る大和路線でも2024年度内に営業運行を終了する予定である。
201系特有の「ジェット音」
走行時に鉄道ファン達より「ジェット音」と呼ばれる騒音を出す場合がある。その原因はベアリングホルダーの電蝕やギア劣化が挙げられている。現存するJR西日本所有車両ではそのケースはこれまで少なかったが、やはり経年には勝てずに増加傾向にある。かつて所有したJR東日本においては非常に目立っていた。
「ジェット音」が響いていた編成でも全般検査及び重要部検査を通した後は消えているバッテリーもあるため、1番の要因はベアリングホルダー電蝕によるものと思われる。
メカニズムとしては、主電動機回転軸 - ベアリング間に僅かな電位差が生じることにより、ベアリングホルダーが腐蝕、内部球体を傷めてしまうことで発生してしまう。その件については保守関係職員達の頭を大いに痛めてしまう程であった。
201系ではその電蝕に伴って主電動機内部のコロ軸受を破損して主電動機軸が回転不能となり、継続運行出来なくなる大きな輸送障害を招くことがあった。その対策としてベアリングホルダーを鉄製から砲金製に取替え、アース線増設が行われた。
この「ジェット音」についてであるが、前述の通り原因が主電動機であるため、201系以外でも比較的古い形式であれば発する可能性はある。
大和路線快速運用で都会の喧騒と大自然の中を爆音を唸らせながら走る様は、往年の中央特快の走りを彷彿とさせる…と思う。
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