鉄道省が1930年（昭和5年）にキハニ36450・キハニ36451の2両を試作した20m級の大型ガソリンカーで、日本初の電気式気動車である。1920年代にアメリカの鉄道に出現していた、「ガス・エレクトリック」もしくは「ドゥードゥルバグ」と呼ばれた電気式ガソリンカーを国鉄流に模したものであった（ただし、ドゥードゥルバグは機械式気動車の場合もある）。片側の運転台直後を機関室として、その床上に艦船向けの発電用エンジンを転用した池貝製作所製の直列6気筒、排気量24.376l、連続定格出力200HP/1250rpmのガソリンエンジンを搭載して、芝浦製作所製の135kW/750Vの発電機を直結駆動、その発生電力で、客室側の2軸ボギー台車（TR14類似のこの形式専用のもの）に装備した三菱電機製 80kW/600VのMT26モーター2個を駆動するシステムである。機関室側の付随台車は3軸ボギー式（TR72類似の専用のもの）で5kW電動機での強制通風ラジエーターを屋上装備するなど、極めて独特な外見の車両であった。機械室には暖房用に小型ボイラーを据え付け、荷重1tの荷物室を持つなどフル装備であった。キハニ36450が日本車輌製造で、キハニ36451が川崎車輛でそれぞれ製造され、1931年から東海道・北陸線の彦根－長浜間区間列車として運転を開始し、これにあわせて、この区間内に2両編成分の長さのホームを持つ坂田と田村の2駅が新設された。また、1936年には木造電車改造の制御車（キクハ16800形）と編成を組み、総括制御を実現している。本形式は故障こそ少なかったものの、電気式であることによる重量増に加え、製作費を抑える関係で車体に客車用の部品を流用したり、外板厚も当時の電車と同じ2.6mmとしたため、自重が49.1t、運転整備重量が50tときわめて重いものとなっていた。結果、性能は平坦線では75km/h（キクハ牽引で68km/h）、12.5‰の勾配で40km/h（同26km/h）と（キハニ5000の平坦線での55km/hよりは高いものの）十分といえるものではなく、重軸重（付随台車で10.159 - 10.439t）であったこともあり、ローカル線での使用という本来の目的を達することはできなかった。結局、鉄道省は一時電気式をやめ、機械式の軽量ガソリンカー（キハ41000形など）の開発に重点を置くようになる。本形式は電車に改造される計画もあったが、太平洋戦争中に走行休止となり、動力系を撤去して国鉄工場職員の短距離通勤輸送の客車代用や大井工場事務室代用に用いられた時期もあったが1949年に廃車、のち解体された。なお、2軸台車が北陸鉄道ED301に、モーターが東武鉄道日光軌道線ED611に転用された。
エンジンで発電機を回し、その電力でモーターを駆動して走行する「電気式（発電式）」気動車・ディーゼル機関車は、欧米で1920年代から登場し、高速列車の分野でも成績を収めていた（ドイツのフリーゲンダー・ハンブルガーなど）。この方式は基本的にエンジンの回転数調節だけで速度調節ができ、総括制御も簡単だった。欧米での成功に刺激されて、第二次世界大戦前の日本でも以下のような試みが行われている。
日本の気動車は、1920年代に登場して以来、ローカル線の小規模輸送を中心に使用されてきた。このため、複数車輛の連結運転に必要とされる総括制御（リモートコントロール）技術はそれほど必要とされず、変速装置には総括制御不能だが構造が簡易で済む「機械式」が用いられた。機械式気動車で2両編成以上を組む場合は、各車両に運転士を一人ずつ乗せ、先頭車運転士が鳴らす汽笛やブザーに合わせて、後続車運転士が変速やスロットル操作を行っていた。タイミングを合わせるのが大変難しいため、3両編成程度が実用の限界だった。このような運転方法では高速運転も輸送力のある長大編成運転も困難であるし、1両ごとに運転士が一人ずつ必要になるため、気動車本来のメリットである合理化にも逆行するものであった。
大井川本線名物のSL列車はSL急行「かわね路号」の名で、臨時列車の扱いだが原則毎日新金谷駅 - 千頭駅間に1日1往復運行される。休日など期間によっては2往復または3往復に増便されることもある。列車愛称は「南アルプス号」や「トラストトレイン」もあったが、2011年10月1日のダイヤ改正で「かわね路号」に統一されている。主に冬季には検査などで運休になる日もある（主に火・木曜日）。SL急行に乗車するには運賃に加えて急行料金820円（2019年10月現在）が必要である。SLは客車を最短3両（試運転時は2両以下の場合もある）、最長7両牽引するが、長編成ではSL単機での牽引は不能となるため、最後尾に補助機関車（補機）として電気機関車（E10形、E31形、ED501のいずれか）を連結する。補機を連結する条件は、牽引機の形式と客車の編成長によって変わり、C10・C11形は客車5両から、C56形は客車4両から補機を連結する。SL不調時等は、客車の編成長に関係なく補機が連結される。かつて大井川本線を走行するSLは、すべて千頭側に正面を向けており、下り金谷発千頭行きでは正方向、上り千頭発金谷行きではバック運転（逆機）で客車を牽引していたが、列車の最前部にSLが連結されることは変わらず、補機が連結される場合も同様で、補機は列車の最後尾に連結される。ただし、展望車（スイテ82 1）を連結して運行する際は、最後尾を展望デッキにするため、SLの次位に補機を連結することもある。また2011年9月30日まで運行されていた新金谷車両区 - 金谷駅間の回送列車はこの逆となり、補機が最前部となっていた。千頭駅に転車台があるのにもかかわらずSLが下り列車では正方向で、上り列車では逆機で客車を牽引していたのは新金谷駅に転車台がなかったからである。ただし、イベントや映画の撮影の際、千頭駅の転車台で方向転換が行われ、上下列車とも正方向で客車を牽引する場合もあった。その次の運行では、上下列車とも逆機で客車を牽引していた。そのまた次の運行では、通常の運行形態（下り列車は正方向で、上り列車は逆機で客車を牽引）に戻っていた。静岡県島田市は、大井川鐵道のSLの向きを回転させるための転車台を、新金谷駅に新設する方針を決定した。新転車台は2011年9月に同駅に設置され、同年10月7日に使用を開始した。これにより逆機は解消された。同時に、周辺は「SL広場」として整備された。この転車台は通常は動力で動作するが、観光目的などで手動で回転させることも可能である。これにあわせ、SL列車は2011年10月1日から全列車が新金谷駅 - 千頭駅間での運転となり、下りのSL列車は新金谷駅で金谷駅からの新金谷行き列車から連絡するダイヤとなった。