JR九州キハ200系気動車
車体は普通鋼製20m車体で、片側3箇所にステップ付きの両開き扉を設置しており、前面は貫通扉を設けた構造となっている。ブレーキシステムを電気指令式とし、自動空気ブレーキの在来車両との併結は考慮していないため、連結器は電車と同じ密着式のものを採用しているが、非常時に在来車と連結するための中間連結器を装備している。走行用機関は新潟鉄工（現：新潟原動機）またはコマツ（220形200番台）の331kW（450PS）の出力のものを2エンド側に1基装備して連結面側台車の2軸を駆動する。これに伴い排気管を車体外部の連結面に設置して室内スペースを確保しているが、両運転台付きのキハ220形では従来通り室内に排気管を貫通させている。
JR北海道キハ283系気動車
これらの改良により、半径600m以上の曲線では本則 + 40km/hでの通過が可能である。振子動作を制御・指令するコンピュータは、摩耗による車輪径の減少によって生じる車輪回転数の誤差を自動補正し、振子動作開始地点のずれを解消する機能も有している。また、運用開始当初は1編成の最大連結可能両数が9両であったが、乗車率の高さから増結が常態化したためコンピュータを改良し、現在では最大11両編成までの組成が可能である。
コマツ製の直列6気筒ディーゼルエンジンN-DMF11HZA形（355ps/2,100rpm）を各車とも2台搭載する。これはキハ281系と同様のものであるが、本系列の液体変速機は変速1段直結4段・パワーオン制御（自動車の半クラッチと類似の機構）を採用したN-DW18形を装備している。これにより、中速域からの加速性能と登坂性能の向上、変速ショックの軽減が図られている。