国鉄キハ90系気動車
1950年代から国鉄気動車の標準型エンジンとして採用されていたDMH17系エンジンは、元々戦前にメーカー3社の競争試作を経て設計された副燃焼室式機関であった。このDMH17系エンジンは第二次世界大戦後に国鉄で標準型ディーゼルエンジンとして採用された後、液体式変速機との組み合わせで総括制御による長大編成化を実現したキハ45000形(後のキハ17形)を基幹形式とする一連の液体式気動車シリーズが開発されていた段階で、液体式変速機の特性から勾配区間で低効率となり、20パーミル以上の勾配線区で均衡速度が著しく低下することが判明していた。このため、御殿場線や関西本線といった連続急勾配区間を擁する路線で使用するには出力が不足していた。
後にキハ17系と総称されることになるこれらの気動車シリーズが開発されていた1950年代初頭の段階では、ようやくこのDMH17系エンジンの量産・実用化が軌道に乗ったばかりであり、シリンダーヘッドの設計変更などにより10 PS 程度の出力向上策を講じるのが精一杯で、新型の気動車用大出力エンジンの開発を行える状況にはなかった。また液体式変速機そのものも、出力200 PS 程度までの機関に対応する振興造機TC-2および新潟コンバーター(新潟鐵工所 → 日立ニコトランスミッション)DF115の2機種がそれぞれスウェーデンとアメリカからの技術ライセンス導入によってようやく量産化に成功したばかりで、少なくともこの時点では床下に機関、放熱器、変速機、燃料タンクを収める必要のある20 m 級量産気動車用として、DMH17系エンジン+TC-2あるいはDF115液体式変速機、というコンポーネントの組み合わせ以外に有力な選択肢が存在しなかった。
なお、普通車の2形式については乗務員室は運転台側の車端に1枚小窓を置いて運転士のための十分なスペースを確保し、車掌台側は乗務員扉と客用扉の間に排気管を通している。また、客用扉は後述するように1台車2軸駆動の空気ばね台車とした関係で、キハ58系と同様の引戸を採用するとその戸袋が台枠の空気ばね座と干渉するため、これを回避する目的で、全車とも各側面の2箇所ずつに700 mm 幅の3枚折戸が設置されている。
座席は普通車であるキハの2形式は急行形普通車標準の固定クロスシートを、キサロ90形は急行形1等車標準の回転式リクライニングシートをそれぞれ備える。なお、キサロのシートピッチはキロ28 / 58形と同じ1,160 mm で、一端に車掌室を備える。キハ・キサロ共に全車両が2エンド側車端部に通路を挟んで和式便所と洗面所を備える。
前面はキハ58系などと同様、中央に貫通扉を備える丸妻3枚窓構成で、試作車2両が一体構造の大型曲面ガラスを採用し、量産試作車ではコストダウンに伴う車体断面変更の関係から、キハ45形やキハ58形1100番台以降などと同様の平面ガラスと隅部の曲面ガラスによる組み合わせに変更されている。
試作車2両は前照灯としてシールドビーム2灯を2,000 mm の間隔をあけて前面左右の幕板に振り分けて埋め込み設置とし、尾灯も同様に2,000 mm 間隔で左右腰板下部に取り付けている。