JR東日本では、環境負荷低減を目的として新しい動力システムの導入に取り組んでおり、その一環として非電化区間のエネルギー効率向上 （CO2低減）、非電化区間の環境負荷低減（排気ガス、機関騒音の解消）、車両メンテナンスの効率化（機械部品の削減）、電化・非電化区間の 共通運用による車両運用の効率化をコンセプトとした蓄電池駆動システムの開発にも取り組み、それを実用化した EV-E301系一般形直流電車 が2014（平成26）年に烏山線に投入された。
　これに続いて、直流用とは異なる蓄電池駆動システムの技術的検証、寒冷地における蓄電池性能の評価、検証を行うため、交流架線下で走行可能な車両が 導入されることになった。ベースとなるのはJR九州が開発したBEC819系（DENCHA）で、デザイン、耐寒耐雪仕様等のカスタマイズを行うこととした。 こうして登場したのが本系列で、まず量産先行車2両1編成が日立製作所で製造されて2017（平成29）年12月に落成した。
　男鹿方がEV-E801形（Mc）、秋田方がEV-E800形（Tc'）の2両固定編成で、「EV」は「Energy storage Vehicle」を意味する。

車体

　日立製作所の「A-train」に準拠したアルミ合金製のダブルスキン構体とし、車体長19,500mm、片側3扉で、車体幅2,950mmの拡幅車体である。 前面貫通式であるが、量産先行車では先頭部のホロは省略された。耐寒構造として床構造を厚くし、客室の床面高さはレール面から1,135mmとなっている。 車体塗色はMc車が赤、Tc'車が青で、これは秋田県男鹿半島の重要無形民俗文化財「なまはげ」をイメージして赤面（ジジナマハゲ）、青面（ババナマハゲ）を 表現したものである。男鹿線は「男鹿なまはげライン」の愛称を持つことから、側面にもなまはげのイラストが配置されている。
　愛称はEV-E301系と同様に「蓄電池（accumulator）」から「ACCUM（アキュム）」とされ、前面と側面にロゴを配置、「架線」、「蓄電池」、「モータ」の 相互のエネルギーの流れをイメージした三角形のシンボルマークが組み合わされている。
　また、側引戸は押しボタン式の半自動対応で、ワンマン運転を行うため、車外スピーカ、出入口表示器が設置されている。側窓はUVカットガラスで、下降窓と固定窓を組み合わせている。
　客室内は白色を基調とし、座席は全てロングシート。腰掛は車窓を流れる沿線風景と「なまはげ」の衣装をイメージし、袖仕切りは「ACCUM」のロゴを 配置したガラス製として開放感が演出されている。
　Tc車に車椅子対応便所、車椅子スペースが設置されている。照明はLEDである。
　また、各車とも妻部に車内情報表示器（エネルギーフローモニタ）として17インチ液晶モニタが設置され、EV-E301系と同様に車両の電気の流れが アニメーションで表示される。行先、次駅等を表示する案内表示器は、運転室背面上部の運賃表示器と兼用である。
　運転室は半室タイプのユニット構造で、モニタ装置として日立製作所の車両情報制御装置「Synaptra（シナプトラ）」が採用された。これは、Ethernet （イーサネット）伝送に対応して各機器とデータ送受信するインタフェースを持つことにより、編成内各機器の制御・監視・検査、乗客サービスを提供する 総合的な車両情報システムである。
　運転室背面にワンマン運転時に引き出して使用する運賃箱が収納されている。運転台は、主回路蓄電池の起動・停止スイッチ、架線認識装置等、 蓄電池車特有の機器も設置されている。

主要機器

　蓄電池駆動電車システムは、走行に必要な大容量の主回路用蓄電池を車両に搭載し、非電化区間の走行を可能とするもので、男鹿線の列車はすべて 奥羽本線の秋田に乗入れるため、本系列においては、秋田発の下り列車では電化区間の秋田-追分間でパンタグラフを上昇させて架線からの電力により走行すると 同時に主回路用蓄電池の充電を行い、非電化区間の男鹿線（追分-男鹿間）ではパンタグラフを下ろして主回路用蓄電池からの電力のみで走行する。 終点男鹿駅では、パンタグラフを上昇させて本系列用に設けられた充電設備により上り列車の非電化区間走行に必要な電力を剛体架線から主回路用蓄電池に 充電する仕組みである。
　制御方式はVVVFインバータ方式で、Mc車の床下に主変圧器（TM35）、主変換装置（CI26）、補助電源装置（SC117）、電動空気圧縮機（MH3137-C1000F）を集約、Tc'車の床下には 360kWh容量で主回路エネルギーの充放電を行うリチウムイオン式の主回路用蓄電池（MB4）が搭載されており、冗長性を持たせるため3バンク構成となっている。 パンタグラフはシングルアーム式のPS110をMc車に1基搭載し、取付部分は低屋根構造となっている。冷房装置は屋根上に集中式のAU407K（42,000kcal/h）を1基 搭載する。
　台車はMc車がDT85、Tc'車がTRT268である。主電動機は全閉外扇方式の三相かご型誘導電動機MT80（95kW✕4）、ブレーキ方式は回生ブレーキ併用 電気指令式空気ブレーキが採用されている。
　耐寒耐雪仕様としては、両先頭台車にはスノープラウを設置、座席下および妻部の暖房装置に加えて屋根上空調装置内にも６kWのヒータを備え、側引戸レール部には レールヒータが設けられている。

概況

　秋田車両センターに配置され、量産先行車は2017（平成29）年3月4日ダイヤ改正より秋田-男鹿間で1日2往復の営業運転を開始した。
　2020（令和2）年からは男鹿線のキハ40系を置き換える量産車の増備が開始された。量産車は電気連結器、ホーム検知装置、側面の安全確認カメラが追加されたほか、 両端扉付近の出入口表示器の廃止、前面渡り板の形状変更、Mc車前面貫通幌取付、避雷器変更などの違いがある。
　2021（令和3）年3月13日ダイヤ改正で量産車5編成を加えた計6編成が男鹿線に投入され、同線の列車はすべて本系列で運転される。