Die Technik der Giulia und der gesamten 105/115er Baureihe ist eine konsequente Weiterentwicklung der Vorgängerbaureihe 101. Die Motoren wurden im Grundprinzip übernommnen und fallen von außen nun hauptsächlich durch ihre hammerförmige und verrippte Ölwanne auf. Allen Motoren gemeinsam sind der Zylinderblock aus einer Aluminium-Legierung mit nassen Grauguß-Laufbuchsen.
Die Zylinderköpfe, die ebenfalls aus einer Aluminuim-Legierung bestehen, beherbergen zwei Nockenwellen, die von einer Duplex-Kette angetrieben werden. Während Ende der sechziger Jahre die meisten Motoren noch mit einer untenliegenden Nockenwelle und Kipphebeln zur Ventilbetätigung auskommen mußten, so wurden bei Alfa die Ventile direkt über Tassenstößel betätigt, was wiederum sehr hohe Drehzahlen ermöglichte.
Der Kraftstoff wurde in den Anfangsjahren der Giulia noch durch Einfachvergaser zugeführt, mit der Einführung der Giulia Super wurde erstmals bei Alfa eine Limousine serienmäßig mit zwei Doppelvergasern bestückt. Alternativ wurden diese von Weber, Dellorto oder Solex geliefert.
Bis auf die einfachen 1300er Versionen wurden serienmäßig 5-Gang-Getriebe verbaut; diese waren in den ersten Giulia TI´s noch über einen Hebel am Lenkrad, später über einen Knüppel am Mitteltunnel zu schalten. Die Synchronisierung erfolgte nach dem Patent von Porsche.
Das Fahrwerk besteht vorne aus Dreiecksquerlenkern mit Schraubenfedern, Teleskopstoßdämpfern sowie einem Stabilisator. Hinten wird eine Starrachse durch zwei Länglenker geführt, seitliche Lagerung durch ein Reaktionsdreieck, das an der Karosserie sowie an der Hinterachse in Gummipuffern gelagert ist. Zum Teil kommt bei den unterschiedlichen Modellen auch an der Hinterachse ein Stabilisator zum Einsatz.
Die Giulia war bei Alfa das erste Fahrzeug, bei dem der Sicherheitsaspekt großgeschrieben wurde. Erstmals wurden Crashtests durchgeführt und Knautschzonen eingeführt. Auch wurde das Auto im Windkanal entwickelt und war mit einem cw-Wert von nur 0,34 eines der windschlüpfrigsten Fahrzeuge seiner Zeit.
Während die ersten Modelle der Giulia noch über Trommelbremsen vorne und hinten verzögert wurden, so wurden nach und nach alle Modelle auf Scheibenbremsen vorne und hinten umgerüstet. Während diese zuerst von Girling verbaut wurden, so kamen Ende der sechziger Jahre ausschließlich Bremsen von ATE zum Einsatz.
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