車体は前頭部も含めてアルミニウム製で、ダブルスキン方式としています。先頭形状は様々な工法を組み合わせることによって複雑な曲面を造形しています。客室内部はグレートーンでまとめられ、金属やガラスを多用して開放感のある空間をつくっています。また時間帯に応じてLED照明の色調も変化します。
制御装置はSiC素子を用いたVVVFインバータ制御で、補助電源装置はIGBT-SIVです。ブレーキ方式は回生ブレーキ併用電気指令方式としています。主電動機は出力190kWの誘導電動機です。台車はモノリンク式ボルスタレス台車SS184M/SS184Tを装備しています。
写真の20101Fは、2018年2月に日立製作所で完成したものです。当初は1編成のみで非常に目立つ車両で、相模鉄道のホームページ上でわざわざ運用予定が告知されていました。現在ではほぼ同じ外観の21000系も含めて最多勢力となっております。