ТЭ1
В отличие от, например, создания самолёта Ту-4, когда конструкторам приходилось точно копировать все детали американского B-29, в данном случае условия были менее жёсткие. Инженерам предстояло перевести размеры из дюймовой шкалы измерения в метрическую, а затем подогнать их под советские государственные стандарты, а также разработать узлы с учётом использования выпускаемых в СССР материалов и имеющегося оборудования. По этой причине диаметр колёс был изменён с 1016 (40 дюймов) на 1014 мм (уже в процессе выпуска его увеличат до 1050 мм), вместо тормоза EL14 системы Вестингауза применён тормоз Матросова, а сам тепловоз по сравнению с прототипом стал на 40 мм длиннее ( против ) и почти на 3 тонны тяжелее (123,9 против 121,2 т). В целом все работы по проектированию были закончены уже в 1946 году, то есть заняли около года.
2ТЭ10Л
В процессе выпуска конструкция тепловоз постоянно улучшалась. Так с 1968 года в системе охлаждения были внедрены водомасляные теплообменники, вместо применявшихся до этого воздушно-масляных, причём в 1968 году такие теплообменники имели лишь 372 секции, но уже к 1970 году число последних возросло до 700. С вместо тяговых электродвигателей ЭД-107 стали применяться ЭД-107А, которые отличались изменением конструкции механической части, включая якорные подшипники и систему подачи смазки, но при этом двигатели были взаимозаменяемы. Стараясь улучшить условия работы тяговых редукторов, с 1970 года некоторые партии были оборудованы редукторами от ТЭ3 (модуль 10 мм, передаточное отношение 75:17), а у , 1756 и 1801 на больших зубчатых колёсах были применены резиновые элементы эластичности. и 1318 имели увеличенную до 2×136,5 тонн служебную массу, то есть осевая нагрузка у них достигала 23 тонна-сил, при этом тележки имели усиленное рессорное подвешивание.