キハ91形の設計を踏襲し、1段3要素充排油方式の液体式変速機のDW4C - DW4Eを搭載する。これは直結1段・変速1段構成で、大出力による空転を防ぐ目的で1台車2軸駆動を実施する関係上、従来は台車枠から吊り下げられる最終減速機と一体であった逆転機が機関直結の変速機と一体化するように変更されているという特徴がある。また、機関のピストン往復方向への振動や大トルクによる変速時の動揺が車体に伝わることを遮断する目的で、機関を車体と弾性支持とし、台車側へも「反力軸」と呼ばれる反力吸収用の軸（トルクロッド）を推進軸と並行する形で変速機から出し、これを動力台車の機関寄り最終減速機と結合して支持することで、機関の動揺を車体側だけではなく台車側でも抑える、という対策が講じられている。従来のTC2・DF115系の場合は45 km/hで変速 - 直結の手動切替を行っていたが、DW4系は大馬力エンジンによる太いトルクで空転が多発することを防止するため、低速ではすべりが大きく、中高速での効率をより重視した構成（トルクコンバーターのストールトルク比が小さい設定）となっており、85 km/h程度まで変速段で加速を行い、回転数を検知してマイクロスイッチよりクラッチが作動することで直結段に自動変速する自動切替となっている。このため、勾配線区で常用される速度域が伝達効率の低い変速段で占められることになり、また起動加速時には滑り損失の大きさから、攪拌による変速機油の温度上昇が大きくならざるを得なかった。これらに加え、自然通風式の屋根上放熱器による冷却系が、低速域では通風量の不足から冷却効率が著しく低下したことも、過負荷傾向の機関に追い打ちをかける結果となった。もっとも、その一方で 85 km/h以上での高速走行時には、通風量の増大で冷却システムが有効に機能し、直結段で機関本来の性能がフルに発揮可能であるため、本系列はむしろ平坦線において85 - 120 km/hの速度域で電車に伍して走行するのに適している。なお最終減速比はキハ80系の2.613に対して、2.362と設定された。
キハ80系では走行用のDMH17Hを発電用に転用したDMH17H-Gを先頭車（キハ81・82形）と食堂車（キサシ80形）に各1基搭載して編成の電力をまかなったが、本系列ではキハ90形で走行用として試験されたDMF15Hをデチューンの上で発電用に変更したDMF15HS-Gをキハ181形に各1基搭載する。これにより、キハ80系では発電セット1セット当たり三相交流440 V/125 kVAであった給電能力が、キハ181系量産車では発電用機関の出力向上から三相交流440 V/180 kVAに増強され、1セットで5両分のサービス電源供給が可能となった。
走行用エンジンとして、当初はキハ91形2 - 8に搭載されたDML30HSBを改良した DML30HSCを、付随車であるキサシ180形以外の各形式について各1基搭載し、以後増備の度に順次改良されてDML30HSD・DML30HSE・DML30HSFが搭載されたが、その基本設計に変更はない。このエンジンは車載用ディーゼル機関の開発趨勢として、世界的に直噴式への移行が一般化しつつあった時期に、大規模な開発を行って新規設計された旧弊な予燃焼室式機関であり、熱効率に劣り（燃費が悪く高発熱）、しかも重量過大、と大出力達成の代償として様々な問題を抱えていた。
キハ80系を概ね踏襲しているが、2等車（普通車）の座席は回転クロスシートであるT17形座席で、80系では座席背面がデコラの化粧板であったが、特急形電車同様に座席と同素材のモケット張りとなっている。1等車（グリーン車）の座席は腰掛けに小型格納式テーブルを持つR22形で、80系に見られたヘッドレストの上下調整機構が省略されている。
『CRIMSON』は、中森にとって前作『不思議』に続く1986年発表の2枚目となるスタジオ・アルバムで、前作からおよそ4か月振りとなる同年12月24日にLP (L-12650) とコンパクトカセット (LKF-8150) とCD (32XL-190) の3形態で同時発売された通算10枚目にあたるスタジオ・アルバムである。本作も『不思議』と同様にシングル楽曲は収録していない。このアルバムタイトルのCRIMSONとは「深紅の」という意味を表し、オリコンは「それはサンセットの焼けた海と空の色、それはしっとり濡れた口唇の色、アフター・ファイブのドレスの色。」とタイトルイメージを解説している。このアルバムでは、小林明子と竹内まりやからそれぞれ5曲提供を受けた。これは女性作家陣による女性的な温かみや、優美さをテーマにしたいとのコンセプトにより、小林と竹内に楽曲提供を依頼したものであった。ディレクターの藤倉克己は本作について、「20歳すぎの女性が誰でも経験しそうな物語という事を意識しています。」と説明し、ニューヨークあるいは日本では例えるならば東急東横線の地域で暮らすオフィスレディをイメージしていると述べた。このアルバムのレコーディングは、1986年7月より開始された。このアルバムに収録されている楽曲のうち、10曲目として配置された「ミック・ジャガーに微笑みを」を除き、全曲で歌唱法を統一している。「ミック・ジャガーに微笑みを」についてディレクターの藤倉は、アルバム全体の中でこの楽曲のみ肌合いの異なるもので、どのようにしてアルバムに取り入れるかを取り組んだ末にSE処理を施し、「明菜が自分の部屋にいるような設定にして、カセットの中から流れてくる曲という設定にしたんです。」と解説している。この部屋のSEは実際に中森の部屋で録音されたものであった。なお、この曲のオリジナルバージョンは、1993年11月10日にリリースされた企画アルバム『AKINA』（CD: WPCL-770〜773）に収録されている。発売後の翌年の1987年7月11日からは、本作を引っ提げた全国コンサート・ツアー『A HUNDRED days』が開催された。また、本作収録曲は音楽番組でも披露され、1987年2月からマンスリー出演したフジテレビ系音楽番組『夜のヒットスタジオDELUXE』の1987年2月18日のマンスリー3週目で「約束」を、同年4月29日放送の同番組で「OH NO, OH YES!」を、また、同年5月20日放送の同番組で「ミック・ジャガーに微笑みを」を披露した。中森がワーナーを離籍した後も、1993年3月31日に放送された『夜のヒットスタジオ・リターンズスペシャル』で本作収録の「駅」を披露した。この「駅」は、2002年12月発売の中森のセルフカバー・ベスト・アルバム『Akina Nakamori〜歌姫ダブル・ディケイド』にて新録している。