2000系に準じた寸法・構造の17m級2.6m幅3扉全金属製準張殻構造車体を備える。窓配置は2000系と同一で、湘南形に由来する2枚窓構成の前面デザインなどもこれを踏襲している。座席もロングシートである。デハ2011 - 2014・2061 - 2064は2000系と同一の車体を備え、前照灯は大型灯具に納められた白熱電球1灯、窓枠はスチールサッシであったが、第2次車となるデハ2015・2065以降は前照灯がシールドビーム2灯に、差し込み式であった行先表示板が電照式の行先表示幕に、窓枠がアルミサッシに、それぞれ変更され、さらに第3次車となるデハ2019・2069以降では混雑時の換気能力向上を図って屋根上通風器が押込式から大型のグローブ式に変更され、車体裾部の曲面が廃止されるなど、増備の度に小改良が加えられている。塗装はライトグリーン一色である。なお、デハ2019・2069以降では側面のK.T.R.ロゴが腰板部から連結面側裾部へ移動、サイズも小型化されている。
全電動車方式を基本に計画・設計された既存の2000系が、変電所容量の制約などから4両編成時に1両分の電動機出力カットを強いられ、十分な性能を発揮できなかったことを考慮して、次なる新形式車両では全電動車方式を放棄し、MT比1:1の経済的な編成を組成可能とすることが計画された。そこで、付随車牽引に適した高トルク低定格回転数の110kW級電動機を新規設計して搭載し、制御器などについてもこれに合わせて若干の改良を施した、2010系が1959年に設計された。2000系と比較して扱いやすい設計となったことから、同系の倍に当たる2両編成16本で32両が製造され、またその電装品などの基本設計は、続く5000系にほぼそのままの形で継承された。
A動作弁を用い、ブレーキ管減圧制御を行う自動空気ブレーキに中継弁によるブレーキ力増幅と電磁弁による電磁速動機能、発電ブレーキとの連動機能を追加した、予備直通ブレーキ機能および機械式応荷重装置付きのARSE-D電磁自動空気ブレーキを搭載する。設計当時、既にSMEE/HSC系の電磁直通ブレーキが一般化していたが、昇圧を控えて在来車との混結運用が多数存在したことから、在来車との互換性と応答性能の向上をバランスさせてこの方式が採用されている。
日立製作所製ウィングばね台車であるKH-14を装着する。枕ばねは揺れ枕に複列コイルばねとオイルダンパを置いた、設計当時としては標準的な方式を採っている。基礎ブレーキ装置は両抱き式で、ブレーキシリンダーは台車枠に装備する。
発電ブレーキ時の応答性向上を図り、スポッティングを付加した600/1,500V両対応の2回転式多段電動カム軸式制御器である、日立製作所MMC-LHTBU20を各車に搭載する。これは1基の主制御器で2両分8基の主電動機を制御する1C8M制御に対応する大容量設計であるが、力行時には主電動機の端子電圧や電流量等を考慮して、1両分4基の主電動機を制御する1C4M制御として各電動車に主制御器を個別に搭載する形で使用している。ただし、発電制動の動作時にはデハ2000形の制御器で2両分8基の主電動機を一括制御する構成としており、このため発熱量が過大となる同車の抵抗器については、冷却効率の向上とコンパクト化を意図して送風機による強制冷却式が採用された。なお、全電動車での4両編成時には、変電所容量の制約から、力行時には1両分4基の電動機をカットして運用している。
今大会はいきなりピレネーからのスタート。プロローグこそインドゥラインが制するも、第2ステージでジャビエール・ムルギアルディが区間優勝。ムルギアルディとともにアタックをかけ、3秒差の区間2位と健闘したリシャール・ビランクがマイヨを奪い、総合で2位インドゥラインに4分36秒、同3位ブーニョに4分36秒の差をつけた。しかし続く第3ステージ。今度は10人ほどのアタックが繰り広げられ、総合上位勢は軒並み大差をつけられた。この結果、第3ステージではパスカル・リノがマイヨを奪い、総合2位ビランク1分54秒差、同3位インドゥライン6分28秒差、同4位ブーニョは6分30秒の差がついた。その後の平地ステージでも総合順位の変動が激しかったが、リノはマイヨを守る。第9ステージの個人タイムトライアル。インドゥラインがプロローグに引き続き同種目を制し、リノとのタイム差を1分27秒差に縮めて総合2位へと浮上。また総合4位にステファン・ロッシュ、同5位にグレッグ・レモンという、歴代の当大会優勝者が姿を現していた。第11ステージからはアルプスステージ。ここからが本当の勝負となる。第13ステージでキアプッチが勝負に出る。序盤から先頭を走るキアプッチは、何と5つの峠を通過する難関のこのステージの単独走行を見事実らせ区間優勝。インドゥラインは終盤力尽きボーナに抜き去られたものの1分45秒差、ブーニョも2分53秒差で続き、ついにここでインドゥラインがマイヨ・ジョーヌを奪取。総合2位に1分42秒差でキアプッチ、同3位に4分20秒差でブーニョが続く展開となった。一方前年5位と健闘したリュク・ルブランはここで力尽きて去っていった。第14ステージはラルプ・デュエズがゴール。上位3人の中からブーニョが脱落。インドゥラインは何とかキアプッチと同タイムゴールを果たし、差を縮めさせなかった。しかしながら総合3位に浮上したこのステージ覇者のアンドリュー・ハンプステンが8分1秒の差をつけられていたことから、実質的には当年のジロ同様、インドゥラインとキアプッチの一騎討ちムードの様相が強くなってきた。こうなると第19ステージの個人タイムトライアルは断然インドゥラインが優勢であるから、残る山岳2ステージにおいて、徹底的にキアプッチをマークすることが肝要。そしてインドゥラインはその通り実行し、残る2ステージともついにキアプッチに1秒たりとも差を縮めさせなかった。そして予定通り、インドゥラインは個人タイムトライアルにおいてキアプッチに対し2分53秒の差をつけ決着をつけた。インドゥラインは初のダブルツールを達成した。