油机车是按照次级干线的单机运用为原则进行设计，采用了设有贯通门的双端司机室布置方式，并搭载了一台与EF58型电力机车相同形式的自动化蒸汽锅炉。因考虑到在次级干线的运用需要，而且搭载蒸汽锅炉亦增加了机车重量，因此DF50型柴油机车特别采用了Bo-Bo-Bo轴式，不仅使机车具有良好的曲线通过性能，还可以令轴重减轻到约14吨。三菱重工业、汽车制造、日本车辆制造生产的基本番台机车采用经过改良的8LDA25A型柴油机，装车功率为1200马力（895千瓦）；而川崎重工业、东京芝浦电气、日立制作所生产的500番台机车