山手線の運賃体系には、JRの基本運賃表とは異なる特別なルールが適用されています。山手線内および東京電車特定区間内には割安な「山手線内運賃」が設定されており、初乗りIC運賃は大人150円（切符160円）から利用可能です。初乗り区間から距離に応じて段階的に加算されますが、並行する私鉄や地下鉄路線と比較しても極めて競争力の高い運賃水準が維持されています。
現在、山手線を走るすべての列車は「E235系」と呼ばれる最新鋭の通勤型電車に統一されています。E235系は前面のドット柄グラデーションと大型デジタルサイネージが外観上の大きな特徴です。車内には中づり広告を大幅に減らし、窓上やドア上に多数の液晶モニター（トレインチャンネル）を配置。次世代車両制御システム「INTEROS（インテロス）」を搭載し、架線や線路の状態を走行中に常時監視する高度なメンテナンス体制を実現しています。
さらに現在、山手線で本格的な実用化が進められているのが自動運転（ATO）の実証実験です。将来的な労働人口減少への対応とさらなる定時運行の向上を目指し、深夜の営業時間外のみならず、営業列車における自動運転走行試験が段階的に重ねられてきました。運転士が乗務した状態で発車ボタンを押し、加減速や駅停止を自動制御するシステムから、将来的にはより高度なワンマン運転や無人運転も見据えた実験が着実に進展しています。
