国鉄181系電車は、日本国有鉄道（国鉄）が設計・製造した直流用特急形電車。
1956年（昭和31年）秋の東海道本線全線電化に伴い、東京 - 大阪間を6時間30分で運転する電車特急が計画され、翌1957年に完成した国鉄初の新性能電車である90系電車（後に101系に改称）のシステムを基本にして設計された特急用電車である。落成当時の形式称号は20系電車であった。1958年11月に最初に投入された列車の愛称から「こだま形」とも呼ばれる。東海道新幹線開業前の東海道本線のみならず、国鉄黄金時代を象徴する車両である。1959年の第2回鉄道友の会ブルーリボン賞受賞。
20系電車は、1959年の車両称号規程改正で151系電車に改称され、1962年には、上野 - 新潟間特急「とき」用に製造された派生形の161系電車が登場。1965年には、上記の2系列からの改造と新製車の仕様を統一した181系電車に発展している。
外観:本系列を最も特徴付けるのは、高速運転に備えて運転士の視界を確保するため高く上げられた運転台、騒音発生源を客室からできるだけ遠ざけるため電動発電機 (MG : 150kVA) や空気圧縮機 (CP : 3,000l/min) を搭載するボンネットにある。
また前灯・尾灯はボンネットの両側面に設けられたケースに収められ、さらに前灯1灯を運転台屋根上に搭載した。
当時の日本国有鉄道運転規則（省令）では前灯は1灯と決められていたが、110km/hという未曾有の高速運転の実施のため、運輸大臣の特認を得て遠方視認性向上を目的に増設された。
屋根上前灯横左右には、通過標識灯やマーズライトの機能を持つ青紫色に点滅するマーカーライトを設置。そのほか、後方防護用として、編成後部時には下部前灯に赤色フィルターを取付け、予期しない停車時用に交互点滅回路が装備された。
車体幅は2,946mm（骨基準）。高速運転に備えた低重心設計の観点と乗客全員の着席乗車を前提としたことから、客室床面高さは1,110mm、天井高は2,100mm、屋根高さは3,350mmと極力低く抑えられた。車体長は中間車が20,000mm（最大長20,500mm）、先頭車が21,000mm（最大長21,250mm、1960年以降は21,600mm）である。
これらの設計は特急列車専用車として徹底的な配慮がなされたもので、設計後50年以上経た現在においても十分通用する車体形状である。
騒音防止と冷暖房効果向上から鋼体内面には石綿の吹付け、グラスファイバーの貼付けのほか、床はキーストンプレートの谷を利用し防振ゴムをはめ込んだ浮床構造を採用。電動車は電動機点検口を廃止した。
空気抵抗低減を目的に車体断面全周を覆う形でゴム製外幌が採用されたが、保守が容易でないことから「こだま」12両編成化の際にファスナーで接合するタイプに変更され、同時に内幌にもファスナー接合方式が採用された。ところが今度は曲線通過時等の強度に問題が生じたため1962年以降の製造車では外幌が省略され、以前の車両でも撤去。同時に内幌も一般的なものに変更された。
外幌は1960年に製造されたキハ81系気動車にも採用されたが、後に同様の理由で撤去された。
塗色は当時話題になっていた欧州のTEE列車に倣い、クリーム4号を地色とした上で窓回り・裾・雨樋に赤2号の帯。ライトケースは逆に赤2号を地色とし、クリーム4号による細線を3本通した翼をイメージさせるものとした。窓回りとライトケース回りの帯端部は、運転台前部窓に対して60度の傾斜角度を持つ。
当初は側面の赤帯を前面へ回すことも検討されたが不採用となった。
前頭部に設置された特急の"T"を意匠化した逆三角形エンブレムはデザインは一般から公募されたものであり、側面に貼付されたステンレス製JNRマーク共々新たな国鉄特急の象徴として採用された。
これらは後に製造された殆どの国鉄特急用電車・気動車にも国鉄特急の一貫したイメージとして採用された。
本系列以前の機関車牽引特急列車では愛称と絵が入ったヘッドマークやテールマークが装着されていたが、本系列では五角形状のアクリル樹脂製電照式愛称板を前面中央部に掲出するスタイルに変更。白色の地に愛称名を文字で記すのみとなった。当初は「こだま」以外の定期運用がなかったため固定式であったが、1960年（昭和35年）の「つばめ」の電車化により交換可能な構造に変更された。
「つばめ」のヘッドマークは一目で「こだま」と判別を可能とする観点から愛称名上下に灰色の帯を入れるデザインとしたが、1961年（昭和36年）以降新たに設定された列車では簡略化のため「こだま」と同タイプに戻された。
車内設備:座席は、3等車が2人掛け回転クロスシート、2等車が2人掛けリクライニングシートを採用。
完全空調方式を採用したことから、側窓は乾燥空気を封入した二重ガラス複層固定窓とした上で、屋根上にはAU11形分散式冷房装置を独特のキノコ型カバーに2基ずつ納め各車に6基（先頭車は5基）搭載。暖房装置は従来と同じく座席下に電熱ヒーターを搭載するが、従来の架線から直流1500Vを直接通電する方式をやめ、先頭車に搭載する電動発電機 (MG) から供給されるサービス用交流電源から給電する方式を採用した。
トイレ・洗面所は各車両（モハシ150形は洗面所なし）に設置し、外国人客を考慮してサロ151形には洋式トイレを採用した。トイレ側窓は小さくして外部から人影が見えないように配慮し、臭気抜き窓は上部が内折式で7センチだけ開く構造である。
新製当時は20系電車と称したが、翌1959年6月の車両称号規程改正により151系電車と改められた。
落成当初より規定改正が検討中であったため車両番号表示は、車体とは別の鋼板にステンレス製の切抜き文字を貼り付けネジで固定し、改番時には旧番号板を取り外して新番号板と交換（のちに車体へ本設）する方法が採用された。
クハ181-45
廃車後は新潟車両センターに静態保存（通常は非公開）されていたが、鉄道博物館の開館に際して移転・展示された。廃車時には取り外されていた運転台上の前灯の他、ウインカーランプも復元されているが、ウインカーランプの色は異なる。
保存された2両は、クハ151形のトップナンバー、元々はクハ161形のラストナンバーとして製造された車両であるが、当初から181系としての製造車は保存されていない。