ブレーキシステムには、「AERブレーキ」<ref>自動空気ブレーキの開発元であるウェスティングハウス・エアブレーキ社(WABCO)流の命名ルールでは、A動作弁+中継弁+電磁同期弁の組み合わせの場合、空制系を優先して「AREブレーキ」と呼称されるのが通常である。だが、国鉄では戦前から試用していたAEブレーキに新たに中継弁を付加した、という実用化の経緯からか、RとEの順序を逆転してこの呼称を用いていた。</ref>を国鉄の量産車として初めて採用した。戦前から一部の車両を使って実用試験が繰り返されて来た、電磁同期弁(Electro-pneumatic valve)<ref>電磁給排弁とも呼ばれる。</ref>付きの「AEブレーキ」を基本として開発されたものである。

これは従来から国鉄電車・客車で標準的に用いられて来た「A動作弁」による「Aブレーキ」<ref>国鉄では客車用はAVブレーキ装置と呼称。WH社の命名ルールでは、厳密に電動車・制御車・付随車用自動空気ブレーキを区分する場合にはそれぞれAMA・ACA・ATAと呼称する。ただし、日本の私鉄等では編成長が短く付随車が少数派であったためか、電動車用で代表して「AMAブレーキ」などと呼称する例が多く見られた。</ref>の基本システムを踏襲しつつ、中継弁（Relay valve）を介することでブレーキ力を増幅し、また各車のA動作弁に電磁同期弁を付加してブレーキ指令に対する応答速度を高めたものである。この電磁同期弁により、編成の先頭から最後尾までほぼ遅延無くブレーキを動作させることが可能となり、日本の電車としては未曾有の長大編成である16両編成運転が実現した。80系成功のキーの一つとなった技術と言える。

ブレーキシリンダーを車体床下に装架し、ロッドで台車に制動力を伝える点では、在来型電車と変わらなかった。しかし、在来型電車が1両当たり1シリンダー装備で、2基の台車を連動させて制動していたのに対し、80系では中継弁使用の恩恵で台車1台毎に独立した専用のブレーキシリンダーを配置（つまり1両あたり2シリンダー）し、これによって作動性と保安性が向上している。