キハ41000形のうち、天然ガスの産地であった千葉・新潟地区に配置されていた、キハ41002・41019 - 41021・41033・41034・41053・41056・41060・41077・41088・41127の合計12両について、1948年（昭和23年）よりガソリンに代えて天然ガスを燃料とする天然ガス動車へ改造し、区分のためキハ41200形（キハ41200 - 41211）という新形式となった。この天然ガス動車はガソリン使用時の約80%に出力低下したものの、始動不良やエンジン損傷などの問題は、木炭ガス発生装置など他の代替燃料車に比べれば良好であった。しかし天然ガス動車は、ガスが燃料としては高価であったことや、ガス充填の手間がかかること、ガス爆発のリスクなどの問題を抱えており、その後の機関老朽化とディーゼル機関の実用化、燃料統制の解除によって役割を終えることになる。結局数年をおかずして再度改造され、試作ディーゼル動車であった旧キハ41500形（初代）の2両、およびキハ41500形の一部と共に、DMH17を2気筒減らしてGMF13とそのまま置き換え可能としたDMF13に機関を換装し、キハ41300形（キハ41300 - 41335）に改称された。
連結器についても、一般的だが重い並形自動連結器を採用せず、機能的に劣り強度も不十分ではあるものの格段に軽量な、日車設計の簡易式連結器を、鉄道建設規定に適合するよう一部修正を施した上で採用した。鉄道省の気動車としては初めての試みである。もっともこの連結器は軽量だが強度が劣るため、回送時には連結器に負担がかからないように列車最後尾に連結する必要があった。戦時中に代用客車化された際に並形自動連結器へ交換する例があった他、戦後は新開発の日本製鋼所製小型密着自動連結器へ交換された車両もあり、簡易式連結器のまま残ったものは多くない。
ブレーキは自動空気ブレーキと直通ブレーキを兼用する簡易な構造の、GPSブレーキと称するブレーキ弁が新たに設計され、搭載された。先行するキハニ36450形ではGAブレーキと呼称するA動作弁による自動空気ブレーキが搭載されていたが、長大編成での運転を考慮しないため、機構的には制御弁が電車用のAブレーキと比較して大幅に簡素化されていた。本形式も1両での運転が主体で、連結運転についても客車列車や電車のような長大編成はやはり想定外であったことから、必要に応じ連結運転に対応する自動空気ブレーキと単行限定ながら応答性の良い直通ブレーキを切り替え可能で、なおかつ軽量な新型ブレーキ装置が設計されている。
台車は菱枠構造のペデスタル支持軸バネ式台車であるTR26（軸距1,800 mm）である。これは設計当時、日車本店が各地の私鉄向け気動車に供給していた標準型台車（BB75など）を基本として、各部寸法を調整して再設計されたもので、何より軽量であることを重視した構造の台車である。日本車輛等の原型台車に倣って台車端梁はない。幅員と車軸長を詰めるため車軸はこの時代の国鉄車両で多用されていた標準軌対応可能な「長軸」を使わず、狭軌専用の短い「短軸」、それも許容荷重の小さい「7t短軸」を用いた。最初にキハ36900として製造されたグループでは、廃車になった旧型貨車発生品の7t短軸を、検品のうえ軸受部研削して再利用したという。なお、軸受には当時の鉄道省の車両では珍しいスウェーデンのSKF社製のローラーベアリングを使用していた。これは非力な機関出力を前提に極力走行抵抗を軽減することを目的として採用されたものである。後には日本精工 (NSK)、東洋ベアリングなどが製造したほぼ同等規格の国産品も採用された。電車や客車等でのローラーベアリング採用は戦後まで一般化しなかったが、気動車ではその黎明期からローラーベアリングが多用されており、本形式の設計された時期には半ば当然の装備となりつつあった。
国鉄キハ04形気動車（こくてつキハ04がたきどうしゃ）は、かつて日本国有鉄道（国鉄）に在籍した、一般形機械式ディーゼル動車である。ここではその前身である鉄道省キハ41000形と同系のキハ05形・キハ06形、および改造により派生した各形式を合わせて解説する。キサハ04形とキハ41000形の姉妹車両である鉄道省キハ40000形についてはそれぞれの項目を参照。
1938年6月22日ニュージャージー州カーニーのフェデラル・シップビルディング・アンド・ドライドック社で起工。1939年4月29日進水。1939年8月7日竣工。1941年7月7日にピュージェット・サウンド海軍工廠での改装が完了すると、ネオショーは航空機用の燃料をアメリカ西海岸から真珠湾へ運ぶ任務に就いた。12月6日、ネオショーは真珠湾に到着しフォード島の海軍航空基地へ積荷を荷揚げした。翌朝、日本軍により真珠湾攻撃が行われ、機銃掃射により乗員3名が負傷した。1942年4月下旬、ネオショーは第17任務部隊に編入された。5月珊瑚海海戦に参加。5月6日、ネオショーは空母ヨークタウン(USS Yorktown, CV-5)と重巡洋艦アストリア(USS Astoria, CA-34)に給油をし、駆逐艦シムス(USS Sims, DD-409)を伴って後退した。7日、2隻は日本軍の偵察機に発見され、日本軍は空母と誤認して攻撃隊を発進させた。ネオショーは命中弾7発と九九式艦上爆撃機1機の突入を受け大破炎上した。しかし、ネオショーは沈まなかった。大破したネオショーは最初オーストラリア空軍の航空機に発見され、次いでアメリカのPBY カタリナ飛行艇に発見された。5月11日13時、生存者123名は駆逐艦ヘンリー(USS Henley, DD-391)に救助された。ネオショーは砲撃で処分された。