1968年12月21日，首台EF81型电力机车在日立制作所水户工厂落成。EF81型电力机车是在日本国铁标准型电力机车的基础上，总结了之前EF65、ED75、ED78型电力机车的研制经验，研制而成的新一代多电流制干线电力机车。机车采用超多段电阻调压、[[牵引电动机]][[串并]]联换接和[[磁场]]削弱的控制方式，并设有供交流区段使用的主变压器和油冷式[[硅整流器]]。EF81型电力机车在直流区段的小时功率为2,550千瓦，在交流区段的小时[[功率]]为2,370千瓦，构造速度为115公里/小时，最大运用速度为110公里/小时。基本性能指标与EF65型电力机车相同，可牵引1200[[吨]][[列车]]（最大1300吨）通过10‰长大坡道。