国鉄キハ391系気動車は、日本国有鉄道（国鉄）が1972年（昭和47年）に試作したガスタービンを動力とする試験用の気動車。大宮総合車両センターの敷地内に留置されていたが、2015年初頭解体され、片側の先頭部分が同センターで保存された。1967年（昭和42年）に運輸省（現在の国土交通省）から援助を受けた日本車両工業協会（現在の日本鉄道車輌工業会）が開発を始めたガスタービン機関によるターボトレインの研究開発に端を発している。日本鉄道工業協会が1970年（昭和45年）に国鉄の旧型ディーゼル気動車であるキハ07形（キハ07 901）に航空機に使われるガスタービン機関を搭載して基礎研究が行われ、このデータを基に国鉄が大宮工場（現在の大宮総合車両センター）で1972年に試作したのが本形式である。非電化線区に対して高速列車を走らせる構想の下、川越線、伯備線、田沢湖線（当時は全線非電化）などで試験が行われた。しかし、投入予定線区の電化、安定した運用への疑問、ガスタービン気動車の将来性などから量産化が断念された。本形式のようなガスタービン気動車は、アメリカやカナダ、フランスなどでの運用実績がある。ガスタービン機関は石川島播磨重工業がゼネラル・エレクトリックとの技術提携によって国産化した1,100PSのものを搭載。車両は動力車を中間に置くTcMTc編成の3両とした。両端の先頭車（Tc）は軽合金車体で重量を軽減。さらに低床化と振り子構造を採用することで、曲線部での高速走行を可能とした。中間車には出入口とガスタービン機関だけが搭載されており、その全長は6m前後と短く、先頭車となる2両に客室を持っていた。新造直後の1972年4月7日から28日に川越線で慣らし運転を実施後、6月6日から9日に山陰本線・伯備線（米子 - 江尾 - 上石見）、6月20日から23日に山陽本線（岡山 - 吉永）、6月28日に山陰本線・伯備線（米子 - 黒坂 - 新見）で走行試験を行った。10月5日の走行試験において、米子駅構内にてクラッチの破損事故が生じた。その後、減速機の改造や排気消音機の改良がおこなわれ、1973年（昭和48年）2月13日から15日に田沢湖線（盛岡 - 田沢湖 - 羽後長野）、2月16日・17日に田沢湖線・奥羽本線（盛岡 - 大曲 - 秋田）で、2月18日には山田線で耐寒耐雪試験を行った。その後は高速度試験に用いられた。3月7日から9日に伯備線（伯耆大山 - 生山）、同月12日から14日に山陰本線（米子 - 鳥取）、同月22日から24日に山陽本線（岡山 - 吉永）で行われ、最高速度130km/hを記録し、振り子の性能も591系と同等もしくはそれ以上であることが確認された。

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