エキサイトロン整流器を搭載していたED46形とは異なり、当初よりシリコン整流器を搭載する。整流素子の接続方法は単相ブリッジ整流で、ダイオードは1号機は三菱電機が開発したSR107 を、2 - 17号機は同じく三菱電機製のSR200F-14 を搭載する。各ダイオードの仕様が示すように、1号機試作から約2年の間の半導体技術の急速な進歩により、信頼性を含めたダイオードの性能が大幅に向上しており、特に逆耐圧電圧の大幅向上は整流器の回路構成簡素化に大きく貢献した。これにより、1号機の段階では各アーム12個直列、2群並列、アーム数4という構成の回路を2組直列に接続し、合計192個のダイオードで回路を構成していたものが、2 - 17号機では各アーム10個直列、2群並列、アーム数4という構成の回路を単独で使用するように改められて整流器を構成するダイオード数が80に激減 した。また、冷却装置等を含めた整流器一式で外形寸法800mm×540mm×1,750mm、自重400kgのものを2セット搭載であったのが、外形寸法540mm×1,150mm×1,750mm、自重520kgのものを1セット搭載として重量が280kg軽減され、併せて車体長の短縮も実現している。
交流区間では自重減のために部分出力とされたため、重量がかさむ主変圧器については極力コンパクトな設計とすることが求められた。1号機では外鉄形鉱油入りのTM4X が採用されていたが、2号機以降では内鉄形油入自冷式のTM4 に変更されている。
交直流電気機関車であるが、実際にはほとんどの区間を直流で運用することもあり、主回路構成は直流用電気機関車のそれを基本に交流用機器を付加した構成となっている。このため、制御方式は先行するED60形やED61形と同様、直並列制御、抵抗制御、バーニア制御の3種類を併用し、電磁空気単位スイッチ式の主回路切り替え機構を基本としつつ、常時海水が天井から降り注ぐなど劣悪な条件にある関門トンネル内の22‰勾配において列車停止が発生した場合を考慮し、再起動・列車牽き出しの際に重要な再粘着特性を改善するためにカム接触器によるバーニア を付与した構造である。直並列切り替えは直流区間と交流区間で回路構成に相違があり、直流区間では3個直列11段と並列8段、交流区間では3個直列11段と2個直列15段という構成となっている。交流区間での定格出力が直流区間でのそれの約1/4に留まり、しかも実質的に低速運転を行う駅構内での使用に限られることから、本形式の交流区間での制御は重量貨物列車の牽き出し性能を重視した段数・抵抗値設定となっている。
交流用機器の搭載に伴い自重が増大することから、軸重を甲線規格の許容上限である16tに収めるため、1959年に試作された交直流電機ED46形（後にED92形）などと同様に、軽量化と空転時の再粘着特性の点で有利な1台車1モーター2軸駆動方式を採用する。主電動機は1号機がMT102、2号機以降はこれを改良したMT51を、それぞれ各台車に1基ずつ搭載する。これらはいずれも端子電圧1,500V時1時間定格出力600kW、定格電流430Aの直流直巻電動機で、電機子軸が車軸と平行になるように台車心皿直下に置かれ、WN継手と前後に配置された平歯車による歯車装置を介して前後の各動軸を駆動する。歯車比は1：3.88である。
交流運転が行われるのが門司駅構内に限られることから、交流区間での出力は短時間定格を満たせば良いとされた。このため、試作車である1号機では交流区間での定格出力が10分定格で397.5kW、量産車である2号機以降でも、交流区間では1時間定格450kW、最高速度は30km/hと1時間定格出力1,800 kW・最高速度85km/hを発揮する直流区間からは大きく見劣りする値として設計されている。なお、1号機は後年、量産化改造が実施され、整流器や主変圧器、それに主電動機などについて量産型と同一のものに取り替えられている。
アトランティスの熱防護タイルは、この飛行で異常な損傷を受けた。打上げ時の記録映像からは、打上げ85秒後に、右側のスペースシャトル固体燃料補助ロケットの尖端から脱離した物体が、オービタに衝突したことが判明した。STS-27の乗組員も、上昇中に何度か、フロントガラスから白い物体が見えたと証言している。乗組員は、シャトル・リモート・マニピュレータ・システムを用いて、衝突のあった右舷を点検したが、カメラの解像度と可動範囲が限られていたため、タイルの損傷の程度を把握することは不可能だった。この問題は、秘密のミッションであったため、乗組員が画像を地上に送ることが禁じられていたことから、さらに状況が悪化した。乗組員は、速度の遅い暗号情報しか送ることを余儀なくされ、NASAの技術者も低質の画像しか得ることができなかったため、損傷は実際は「ただの光と影」であると考えられてしまった。彼らは乗組員に対し、損傷は過去のミッションと比べて重大なものには見えないと伝えた。ある報告では、ミッションコントロールが事態に無頓着に見えることが乗組員を「激怒」させていたとしている。船長のギブソンは、損傷を見たときに彼自身「我々は死のうとしている」と考え、シャトルが大気圏再突入を生き残れるとは信じられなかった。もし計器がシャトルの崩壊を示したら、死ぬ数秒前に「彼らの分析について自分が何を考えたかをミッションコントロールに伝える」ことを計画していた。着陸した機体を見たNASAはその損傷の大きさに驚いた。700以上のタイルが損傷しており、1つのタイルは完全に失われていた。このタイルがLバンドアンテナ用のスチール製取り付けプレートの上に設置されていたことで、コロンビア号空中分解事故のような大事故に至る焼損が防がれた可能性がある。オービターの左舷には損傷はほとんどなかった。スペースシャトル計画の歴史の中で、STS-27のアトランティスは、地球に無事帰還した中で最も損傷の大きなオービターだった。調査委員会は、アトランティスの熱防護システムの損傷の詳細な調査から、事故の原因の調査を始め、関連する部分も徹底的な調査を行った。徹底的なデータの吟味により「フォルト・ツリー」を作成し、いくつかのシナリオを構築した。調査によって得られたこれらの情報は、委員会による発見や勧告の基礎となった。