台車は227系電車をベースとした軸箱支持装置が軸梁式の軽量ボルスタレス台車である。パーキングブレーキ付の付随台車のWTR250Aは付随車の2・9号車、パーキングブレーキなしの付随台車のWTR250形は付随車の3・4・7・8号車、動力台車のWDT69形は動力車の1・5・6・10号車がそれそれ採用している。基礎ブレーキは、動力台車がユニット式の片押し踏面ブレーキ、付随台車が車輪にブレーキディスクを2枚取付けたディスクブレーキとユニット式の片押し踏面ブレーキの2つを併用したものを、それぞれ採用している。この台車には、ヨーダンパーの他に、車体に取付けられた加速度センサーにより、左右の車体の揺れを抑える空気圧式の動揺防止制御装置（フルアクティブサスペンション）、同じく車体に取付けられた加速度センサーにより、空気ばねに平行して取付けたダンパの減衰力を切替えて車体の上下振動を緩和させる油圧式の可変減衰上下動セミアクティブダンパを採用して、乗り心地の向上を図っている。この、油圧式の可変減衰上下動セミアクティブダンパを含めた「可変減衰上下動ダンパーによる上下制振制御システム」については鉄道総合技術研究所と日立オートモディブシステムとの共同開発であり、同じクルーズトレインである「TRAIN SUITE 四季島」でも使用されている。
車体は、寝台がある2・3・4・8・9号車では、静粛性や床下に搭載された水タンクなどの重量物などを考慮して、枚の板の間にトラス状の補強が入った大型押し出し成形材のアルミニウム合金を溶接で接合したアルミダブルスキン構造となっている。展望室がある1・10号車、ラウンジがある5号車、食堂車がある6号車では、エンジン発電機や主回路を構成する機器類を搭載するため、鋼製溶接構造としている。7号車は、寝台がある車両だが、ダブルデッカー構造のため、鋼製溶接構造としている。また、鋼製車両では、車両軽量化が必要とされるため、耐候性鋼材やSUS（ステンレス）材を積極的に使用している。これにより、車体強度を十分に確保しながらの軽量化が図られている。床構造は、床板にSUS、詰物にエポキシ樹脂または発泡樹脂。上敷物に塩化ビニルまたは大理石としている。そのほかにも、前面衝撃吸収構造と、オフセット衝突や側面衝突対策などの、各種衝突対策構造を、225系と同様の設計と解析手法で適用している。また、アルミや鋼製などの材質に関係なく最新の安全対策を標準として設計されている。乗務員室の窓には、飛来物の貫通を防ぐ機能のついた電熱線入り3次曲面熱線吸収合わせミガキガラスと、客室側窓の、IRカット中間膜や、Low-Eなどが入っている熱線吸収複層合わせガラスをそれぞれ採用している。放送装置は、車内放送・車外放送・乗務員間連絡・各車個別放送・緊急放送の機能が備わっており、車内放送・車外放送・車内+車外放送の3モード切替が可能となっている。
先代のトワイライトエクスプレスと同じく緑色が基本となっているが、色合いはより艶やな「瑞風グリーン」となっている。帯色は先代ではイエローとシルバーだったが、本系列ではゴールド帯である。ロゴデザインについては「瑞風」の「M」を沿線の山並みに見立て、吹き抜ける風を「トワイライトエクスプレス」の象徴であり、そのロゴデザインに使用されていた天使で表現した。また、列車名の「TWILIGHT EXPRESS」はサブタイトルになる。また前述の甲種輸送の際に黒くラッピングされた車体には、「TWILIGHT EXPRESS MIZUKAZE」「SPRING 2017 DEBUT」といった文字も記載されていた。このラッピングは2017年2月23日まで継続された。
前述の甲種輸送や公式サイトの情報によって、当列車で使用される車両の形式名は「87系寝台気動車」であることが分かった。近年、JR西日本が新製・運用する気動車では3桁形式が使われているが、この列車のテーマの一つである「ノスタルジックモダン」に基づき国鉄形気動車や現在もJR東海が新製・運用する気動車に見られるような2桁形式を採用している。また5号車のラウンジカーの形式は「キラ86」という、これまでにない形式となった。
2004年に中国の温家宝総理が「中国が台湾の主権を有していることは『カイロ宣言』できわめて明確に示されている」と発言した。これに対して陳水扁は、2008年に英国Financial Timesのインタビューに対して次のように答えた。「1943年に蒋介石、チャーチル、ルーズベルトの3ヶ国の首脳が中国は台湾の主権を確かに有していると決定したと、多くの人々が信じて」きたが、1943年12月1日の『カイロ宣言』は日付も署名もなく、事後による追認もなく、授権もないとし、「これはそもそもコミュニケではなく、プレスリリース、声明書に過ぎない」と指摘したうえで、「1955年2月1日、チャーチル首相は国会質問で、『カイロ宣言』に基づいて中国が台湾に対する主権を有するということには同意できないと答えたように、当時3人にはそもそもコンセンサスなどなく、そのため署名もなかった」と述べ、中国がカイロ宣言を根拠に領土権原を主張するのは成立しないとした。また、「台湾の国家主権は台湾国民に属している」と強調し、さらに、多くの人が「『カイロ宣言』にはそもそも中国が台湾の主権を有することが書かれたわけではないというこの事実を知らないのは、過去の教育が杜撰であり、歴史が改竄されていたからだ。だからこそ、中国は自己に有利なためこれを引用し、国民党は台湾を統治する際の法的統一の基礎としたのだ」とした。また、陳水扁は1971年の国際連合総会2758号決議文にはそもそも『台湾』が触れられておらず、『中国』代表権問題のみが解決しただけであり、中華人民共和国が台湾2300万の人々を代表してよいとは言っていないのであり、パン・ギムン国連事務総長や中国はこれを拡大解釈しているとして批判した。