在
日本铁路中，绝大多数的在来线的轨距主要以1067毫米的窄轨（部分则为1372毫米的窄轨或1435毫米的标准轨）修建，而新干线则以1435毫米的标准轨修建。因此两者因轨距的问题而无法贯通运营。为了解决无法贯通运营的问题，以及缩短工期、节省经费等目的，所以在在来线原有基础上，将1067毫米的窄轨拓宽成1435毫米的标准轨（一小部分路段是以套轨的形式修建），让新干线的列车可以在在来线上行驶，以达到贯通运营、节省建设成本等目的。
以这种方式兴建的铁道路线在名称上虽被称为“新干线”，但是是以在来线的法规规范。隧道和电气设备除部分需要改造以外，基本沿用了原来的在来线系统。然而迷你新干线虽然解决了新干线与在来线的贯通运营的问题，但是在来线的月台规格、路线标准、隧道净空等层级较低。因此，必须研发比原有的新干线车辆小一号的车辆。由于只是把原先的在来线的窄轨拓宽成标准轨，因此沿线有平交道的存在，而并非像新干线那样是全封闭的线路；且有些在来线路段仅有单线铁路而并非复线铁路，因此需要进行列车交会，在排点上有可能会把其中一列列车停留在有足够容量的地点等候，让对向列车全数通过后再继续行驶，来防止列车对撞的可能性。此外，因为是通过原来的在来线改造而成，因此车速会大幅度的受到限制。例如，从
东北新干线上行驶的列车，最高时速可以达到的320公里/小时（直通
秋田新干线的列车）或275公里/小时（直通
山形新干线的列车）。但是行驶到迷你新干线的路段时，速度会大幅下降至130公里/小时，与在来线行驶的列车速度相同。
到目前（
2023年）为止有山形新干线（
奥羽本线福岛～新庄）以及秋田新干线（
田泽湖线、
奥羽本线盛冈～秋田）共两条路线。在这路线上行驶的特急列车“翼”（つばさ）与“小町”（こまち）亦被称为“新干线直行特急”。
为了应对沿线设施规格，迷你新干线所使用的车辆规格普遍比标准新干线小型，例如标准新干线的车厢长度通常约在25m，迷你新干线则介于20至23m之间；车宽方面，为符合在来线的路线，隧道净空也从新干线的3380mm缩减为2945mm。除此之外，配置了靠站时使用的自动收折车门台阶，以及25000与20000伏特复压供电设备等，也都是为了迷你新干线较为复杂的运作需求而增加的设备。