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いわゆる「貨物新幹線」は、東海道新幹線の建設時から、東京-大阪間を5時間半で結ぶ夜行貨物列車の運行構想があったものの、いまだに実現されていない^{[36][※ 4]}。新幹線による貨物輸送は、最高速度や制動距離などの違いからダイヤグラム上で旅客列車と混在させることは現状では困難である。また、高速で走ったとしても積み替え等の時間が必要なことから、時間短縮効果が旅客ほど出てこないともされる。なお、約40年の時を経て同様のコンセプトを持つ列車が在来線で「JR貨物M250系電車（スーパーレールカーゴ）」として登場した^[要出典]。

東海道新幹線建設時の計画は、実際のところは世界銀行からの新幹線建設の資金調達のため、旅客だけでなく貨物輸送もあるというポーズをつけるための、ダミー構想といえるものであった。当時の欧米は鉄道斜陽論が台頭していた上、世界銀行のあるアメリカでは、すでに鉄道は旅客利用ではなく貨物が中心となっていたため、「旅客専用」の新しい鉄道建設を理解してもらえず、建設資金を貸し出さないだろうと考えていた。しかしダミー構想ながら、建設規格としては貨物輸送を可能としており^[37]、大阪交番検査車両所（鳥飼車両基地）の京都側に、東海道新幹線の本線を跨ぐ構築物や、事業用地などに使われている線路用地の跡など、新幹線貨物輸送の構想の遺構が確認できる箇所もある。また、JR貨物の大阪貨物ターミナル駅（鳥飼車両基地に隣接する）は新幹線貨物輸送で大阪側の貨物取扱駅として用意されていた土地を転用したものといわれており、可能ならば実用化しようという姿勢自体は見られた^[要出典]。東北・上越新幹線建設の際にも貨物輸送の可能性が検討されたが、迅速性を優先されるという物資の輸送では航空貨物との競合が避けられずしかも貨物シェア自体が小さい事もあって、基本規格は東海道・山陽新幹線に準じる事として将来の可能性を残す形で見送られた。^[38][39]

2005年（平成17年）から建設が始まった北海道新幹線は、青函トンネルとその前後の区間を在来線の貨物列車と共用するため、同区間では片道あたり新幹線・貨物それぞれ2本/時しか走らせることができないと予想されている。JR北海道ではこのボトルネックを緩和する方法の1つとして、在来線の貨車をそのまま搭載する専用列車（トレイン・オン・トレイン）の研究が進められている^[40][41]。