神流川抽水蓄能电站装机容量2820MW，建成后将是世界最大的抽水蓄能电站，一期厂房内安装1880MW（4*470MW）抽水蓄能机组，也是世界最大规模的地下厂房。
神流川抽水蓄能电站机组代表了当今世界最高水平。单级可逆水泵水轮机最大出力482MW为世界之最；最大扬程728m，仅次于葛野川电站，居世界第二；水泵水轮机和发电支动机制造难度系数均为世界之最。世界上首次在高压钢管使用HT-100级的高强度钢材，从1975年大平抽水蓄能电站开始，HT-80高强度钢材开始应用于抽水蓄能电站，用了整整30年时间，到神流川抽水蓄能电站才迈上新台阶。
神流川上库为土心墙堆石坝，坝高136m，坝顶长444m。输水系统高压管道为钢管，上库进出水口为侧进式。神流川输水系统压力钢管若使用HT-80级钢材，钢管最大厚度达到78mm，岔管厚度达94mm，给钢管制作和焊接带来很大困难。神流川电站在抽水蓄能电站首先应用HT-100高强度钢管，使钢管厚度最大减至62mm，岔管厚度减至75mm，更有利工程安全和经济。
水泵水轮机由东芝 公司供货，发电电动机由日立供货。东京电力公司与东芝公司联合研究水泵水轮机水力特性，并用1/9比例模型进行性能试验。水泵水轮机转轮最终采用10个叶片方案，其中5个长叶片，5个短叶片。10个叶片方案比原来6个叶片方案性能有明显的提高：转轮直径减少3%-5%,导叶与转轮间压力脉动减少；水轮机工况最大出力点效率增加4%，出力由原方案的450MW增加到470MW；稳定运行范围下限由50%出力扩大到40%出力；水泵工况在663-728m扬程范围内提高3.6%，最高效率达92.5%。
水泵水轮机转轮直径（D1/D2）为4385/2170mm
额定转速/飞逸转速为500/755 r/min
额定电压 18kV
高水头水泵水轮机的淹没深度，不仅要满足防空蚀要求，还要保证各种过渡过程中尾水管不发生水柱分离现象。超高水头水泵水轮机均采用了较大的淹没深度，如葛野川抽水蓄能电站最小淹没深度为-98m，神流川抽水蓄能电站最小淹没深度为-104m。
座环设16个固定导叶，分4瓣运输，蜗壳在工地组焊，不做水压试验。
主变采用1000MVA分裂变压器。一期厂房仍用日本地下厂房的典型布置形式，将两台主变布置厂房两端，不设主变洞，安装场设在厂房中部，安装场下部不设副厂房。设自流排水洞。
厂房结构和机组结构都采用高刚度设计，这可能是高水头抽水蓄能机组抗的需要。
一期4台机发电日期为：1号机组2005年7月投入运行，2号机组2010年7月投入运行，3号、4号2014年以后投入运行。
