在基础理论方面，高速列车科技发展关注的关键力学行为包括对时速500公里试验列车的气动行为、轮轨关系、弓网关系及车体振动动力学的研究，同时致力于新型减阻技术、气动控制和系统动力学问题的研究，以支持更高速度列车的研发和运行。
在高铁系统安全方面，研究内容涉及安全要素分析、系统失效机理及安全保障理论，包括运行安全域动态估计、突发事件响应和资源协同配置等，以确保高铁运营的稳定和安全。
关键技术方面，包括永磁电机牵引传动系统、高速铁路基础设施监测技术、减振降噪技术以及系列车型的研制，如高速列车谱系化和节能关键技术，以及新型牵引动力系统的研究。
集成技术与示范应用着重于智能化列车系统研发，高速试验测试平台的构建，基础设施运维技术装备，以及艰险山区建设技术与设备的突破。
重大技术方向部署围绕“高速列车装备”、“运营与安全”、“技术体系化”和“可持续发展”四大方向，具体任务与战略路径通过表4和表5进行详细规划。
为进一步贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》和《国家“十二五”科学和技术发展规划》，加快推动高速列车科技发展，2012年4月1日，中华人民共和国科学技术部以国科发计〔2012〕230号印发《高速列车科技发展“十二五”专项规划》。该《规划》分形势与必要性、总体思路与目标、重点任务与主要研究内容、技术路线与主要预期成果、专项组织和投入模式、专项实施步骤与保障措施6部分。