Тепловоз ТУ-6А представляет собой дизельный локомотив тележечного типа с механической передачей. Оборудование, капоты и кабина расположены на сварной главной раме. Вертикальная нагрузка от главной рамы передается на тележки, на каждую из которых рама опирается через четыре скользящие опоры с резиновыми упругими элементами.
Тяговое усилие от тележек на главную раму передается через шкворни (пятники). Шкворни передают только горизонтальные усилия и служат осью поворота тележек. Рама тележки сварная, челюсти литые. На колёсные пары тележка опирается через рессорное подвешивание, состоящее из пружин и вертикальных фрикционных гасителей колебаний.
Буксы колёсных пар с роликовыми подшипниками и упругими пружинными осевыми упорами. Тормозная система тележек изготовляется как с двусторонним, так и с односторонним нажатием (торможением). При одностороннем торможении применяются автомобильные тормозные цилиндры (два на тележку), при двустороннем —тормозные автомобильные камеры (четыре на тележку).
Ручной тормоз действует на две колесные пары, расположенные под кабиной. Установленная на тепловозе пятиступенчатая коробка передач позволяет регулировать режим движения локомотива в зависимости от профиля пути. Передний капот защищает оборудование от пыли и атмосферных осадков.
Кабина тепловоза металлическая, закрытого типа с боковыми открывающимися дверями и окнами. Она опирается на главную раму через четыре упругие резиновые опоры. В кабине находится пульт управления и предусмотрен специальный отопитель для её обогрева. Перед сиденьем машиниста установлен пульт управления с контрольными приборами, а также краны и рычаги управления тормозами, дизелем, сцеплением, сигналом и реверсом. В кабине установлен шкаф машиниста, в котором имеются отделения для одежды и инструмента. На передней стенке кабины со стороны машиниста установлен вентилятор, который в зимнее время направляет поток тёплого воздуха на окно, предохраняя его от замерзания, а в летнее время используется для вентиляции кабины.
В кабине размещены также медицинская аптечка и огнетушители. Холодильник у тепловоза ТУ-6А представляет собой водяной радиатор; масляный радиатор установлен в самом двигателе и омывается водой системы охлаждения. Тепловоз ТУ-6А оборудован восемью песочницами для подачи песка под первые по направлению движения колесные пары каждой тележки. Выпускается тепловоз с буферными сцепными приборами, но может быть оборудован и автосцепкой.
