动力系统方面，KiHa E200型同时搭载了设置在车身中段底盘处的柴油引擎与设置在车顶上、蓄电能力达15.2千瓦小时的锂离子电池之组合，而实际上驱动车轮的则为鼠笼式三相电动马达，这三者是构成这套串联式混合动力系统的核心元件。虽然在应用上已经非常普及的柴联车（DEMU）或柴电机车上，柴油引擎也仅被用来作为发电用途而不直接驱动车轮，但是在增加了大型蓄电池之后，整套系统的运用更具弹性。其运作模式主要分为以下四种：由于是JR东日本全力推广的明星车辆，为了让搭乘的旅客进一步了解E200的环保表现，除了驾驶台显示器