本形式を使用した試験も多数行われた。
チョッパ制御試験
103系が量産化されだした頃から電機子チョッパ制御の試験が盛んに行われるようになり、1970年に阪神7000系が日本初のチョッパ制御車として運転を開始した。国鉄でも1967年に101系を用いてチョッパ試験を行った他本形式を使って1969年11月23日から12月1日までモハ103-59に取り付けて根岸線で試験を行い、1974年にもモハ103-57を使って根岸線で試験を行った。
VVVF試験
JR東日本では1990年から既存の抵抗制御車に対してVVVF改造についての研究を進めていたが、1992年2月にクモハ103-87を東芝府中工場でVVVF装置と901系のモーターを搭載してJR大船工場で試験を行った。JR東海でもクモハ103-4を改造して試験を行った。
DDM試験
JR東日本が開発中だったダイレクトドライブモーターをモハ103-502に搭載して試験を行った。同期電動機駆動用制御装置としてIGBTによるVVVF化も同時に行われ、993系との比較実験も行われたが、実験の終了で廃車された。鉄道総研でも同様の試験が行われたが、こちらも既に廃車になった。