国鉄101系電車は、1957年（昭和32年）に登場した日本国有鉄道（国鉄）の直流通勤形電車。
登場当時はモハ90系電車と称していたが、1959年の称号改正に伴い、101系と改番された。
国鉄の電車として初めて中空軸平行カルダン駆動方式などの近代的メカニズムを搭載し、いわゆる「新性能電車」のはしりとなった系列で、この基本システムは、1980年代前半に至るまでの国鉄電車に広く応用された。
車体は切妻形で運転台は傾斜した平面3枚窓のシンプルなデザイン、両開き4扉を持つ軽量構造の全金属車体、車内は扉間7人掛け、車端部3人掛けのロングシート。コイルばね台車で、ウイングばね軸箱支持、直巻整流子電動機を抵抗制御、発電ブレーキ併用の電磁直通ブレーキと、続く103系電車にもほぼそのまま引き継がれた、国鉄通勤形電車の一時代を画した仕様である。また2両の電動車を1ユニットとして必要機器を分散して搭載するMM'ユニット方式も以後の基本となった。
また101系は、通勤電車としては10両編成2分間隔運転と輸送力増強が頭打ちになっていた中央線快速に投入することを想定して仕様が決められ、従来の旧形電車の加減速のほぼ倍の性能をもってラッシュ時の運転間隔を短縮することで、輸送力を増強することとされた。私鉄各社でも高性能車と呼ばれる高加減速の電車が出てきていたこの時期、開発当初は加減速性能の向上を狙って全電動車方式（オールM編成）を採用したのが大きな特徴である。個々の電動機の能力を極限まで高めるのではなく、全車両を電動車として編成全体の出力を高める方針が取られ、電動機は高回転型で小型軽量になり急行形などとも共通の標準形としたMT46A形が用いられた。
しかしこの構想は、以下に詳述の通り、電力設備等の問題により変更を迫られることになり、後には例えば電動車6両に付随車を2-4両連結して使用された。これでは所期の性能が発揮できず、またなお残る経済性の問題から、新形として103系電車が開発され、国鉄の標準通勤電車の位置を譲ることになった。これらのことから国鉄においては、カルダン駆動の車両を「高性能車」と呼ぶのをやめて、「新性能車」と呼ぶようになった。
1956年（昭和31年）に試作された72系全金属車の基本構造を引き継いだ。すなわち全金属製セミ・モノコック構造、前面が非貫通型で切妻形の極めてシンプルなデザインもほとんど変わらない。車体長は19.5m、ウィンドウ・シル/ヘッダーのない車体の断面は幅2.8mで両側がまっすぐ立ち上がる形であり、近郊形などに最大幅2.9mの裾絞り車体が現われて以後も製造時の経済性を重んじた国鉄通勤形では標準として長く使われることになった。なお、台車軸距の減少に伴い、台車中心間距離は13,800mmに延長されている。客車に比較すると用途の関係上それほど軽量化できなかったものの、台枠厚さをそれまでの180mmから150mmとし、プレス品を多く採用することで、構体重量を約10トンとしている。
全室式の運転台の前面は上部が室内に約10度傾いた3枚窓で、運転台上方に方向幕がとりつけられたが、これも72系全金属車で採用されたデザインの踏襲である。しかし、客用ドアは従来のモハ72系の94cm幅の片開き扉から1.3m幅の両開き扉に変更され、開閉速度と客扱い能力が向上した。国鉄車両での両開き扉の採用は、1941年に試作されたサハ75形021号の例があるが、本格的な採用は101系が最初である。サハ75形は1ドアにつきドアエンジンを2個使用していたが、101系では1ドアに1個となっている。また車体は路線毎にきまった明るい1色で塗装された。
客室窓はアルミサッシを用いた全開可能な2段上昇式で、ドア間は2組を1セットにまとめたデザインとなっている。客室の換気については特に留意して設計されたため、通風器は900番台試作車が80系と同様の押込吸出兼用式（ただし80系のものに比べると大きかった）であったが、量産型は通風能力を重視して72系と同様の大型グローブ式に逆戻りしている。また、側面雨樋は、900番台試作車では外板をそのまま立ち上げてきれいに隠していたが、量産型では生産性・保守性を重視して通常の外付け型となっている。
内装は72系全金属車の延長上にあり、ビニール化粧板を用いて薄緑色基調で簡素にまとめられている。蛍光灯照明と当時としては広い窓面積で、車内は明るかった。なお、蛍光灯は72系920番台では20Wであったが、この系列では40Wに出力増強されている。座席は扉間7人掛け、車端部3人掛けのロングシートで、中間車で座席定員54人（側扉が広くなったため、72系の64人より減少）、また一部私鉄と異なり運転台と扉の間には座席がないが、これが以後国鉄通勤形の標準として長く使われることになった配置である。運転台に貫通路がなく、客室から運転台への扉は客室から見て右側に設けられているが、この配置も後に長く用いられている。
床は新設計とされ、鋼板の上に低圧回路用ビニル管の大部分を配管、その間にリノールを埋め込み、上にネオプラスリウムを敷いた。床厚は45 - 50mmである。また、当時の国鉄では通勤電車には扇風機さえ設けないのが普通だったが、上述の換気面への配慮により居住性改善に資するため、扇風機を標準装備とし、試作車では通風器通風口のアルミ合金製グリルにガードなしで常時設置するものだった。1970年代以降、主に中央線特別快速に運用されていた車両など一部が国鉄時代にAU75形冷房装置を搭載して冷房化されたほか、JR化以後も最後まで南武支線に残存していた車両も1990年に集約分散型クーラーAU712形により冷房化された。
量産車ではMT編成としつつ、扇風機や蛍光灯の交流電源を確保するため、電動発電機（MG）に同調装置を組み込み、サービス電源を編成で1回路とし、試作車も同様に改造した。より本格的な冷房車はそれまでにも存在していたものの、自車かあるいは付随車が隣接する動力車からいわゆる「おこぼれ」をもらって稼動させる方法が主流であり、編成単位でサービス電源を確保した画期的な構造となった。この方式は全車冷房完備の151系特急電車や20系ブルートレインへと発展していくことになる。 運転室は72系全金属車の構成をほぼ踏襲する形となった。101系では多段式電動カム軸制御器や電磁直通空気ブレーキなど新技術の採用があったためマスコンハンドルやブレーキ弁が新型のものとなっているが、その他メーター類やスイッチ類をはじめとする設備類は、72系全金属車とほとんど変わらない仕様となっている。