מבנהו הפנימי של ה-T-34 תוכנן בצורה הדומה למרבית הטנקים ממלחמת העולם השנייה. תא נהיגה בחזית הטנק, תא הלחימה במרכז ותא המנוע בירכתיים. מלבד שני הלוחמים בצריח, כלל הצוות נהג שישב בשמאל חזית התובה, ולימינו מקלען-חרטום/קשר. לנהג דלתית גדולה ששימשה לו כפתח כניסה ומילוט, ועליה הותקנו שני פריסקופים. הנהג ניווט את הטנק באמצעות שתי ידיות ושתי דוושות למצמד ולברקס; מערכת ההיגוי הייתה מחוברת ישירות לממסרה הנמצאת בעורף הטנק. לעיתים תכופות נאלץ הנהג להחליף הילוכים בעזרת מקבת בעת שהם נתקעו. למקלען-חרטום/קשר שני תפקידים עיקריים: תפעול מקלע התובה, והפעלת מכשיר הקשר האלחוטי.
בתחילת המלחמה, הותקן מכשיר קשר רק בטנקי מפקדי פלוגות. מכשירי קשר פנימיים (לתקשורת בין חברי הצוות) כמעט שלא היו זמינים. מפקד הטנק השתמש לעיתים קרובות בשיטות כמו טפיחה על הראש או על השכם של הנהג כדי להעביר פקודות. בעוד הגרמנים טרחו לצייד את כל הטנקים שלהם בקשר אלחוטי, העדר מכשירי אלחוט בטנקים הסובייטים היווה במלחמת העולם השנייה מכשול טקטי חמור. תכופות השליטה בטנקים הכפופים למפקד היחידה נעשתה באמצעות דגלים, שיטה שהוכחה כלא יעילה בעת הקרב. המצב השתפר עם ההאצה בייצור מערכות קשר, ועד קיץ 1943 כ-75 עד 80 אחוז מהטנקים צוידו במערכות קשר.
צריח הטנק היה נמוך יחסית לטנקים אחרים בני זמנו, ועקב כך המרחב הפנימי בצריח היה צפוף ביותר. בעוד צללית הטנק נשארה נמוכה, וכך הקשתה על זיהויו, הוגבלה זווית ההנמכה של התותח. הפגם התכנוני החמור ביותר ב-T-34 היה מערך הצוות בצריח: בניגוד לטנקים הגרמנים, בהם היו שלושה אנשי צוות בצריח - מפקד, תותחן וטען, ב-T-34 היו רק שני אנשי צוות - מפקד אשר שימש גם כתותחן, וטען. דבר זה היווה חיסרון תפעולי ניכר, שכן המפקד עמוס העבודה נאלץ לתמרן בתפעול התותח, חיפוש מטרות, ותיאום עם טנקים אחרים ביחידתו. המצב היה גרוע עוד יותר למפקדי מחלקות ופלוגות.
אמצעי הראייה והמכשירים האופטים ב-T-34 היו נחותים מאלו בטנקים הגרמנים. מפקד הטנק כיוון את התותח על ידי כוונת טלסקופית עם הגדלה של 2.5X, בעלת שדה-ראות מוגבל למדי. בגג הצריח מעל ראשו של מפקד הטנק היה פריסקופ פשוט לתצפית בעין בלתי מזוינת. אומנם, בטנקי T-34 הראשונים היו למפקד וגם לטען פריסקופים מורכבים עם סימוני-מעלות וקני-ממד, אולם בייצור ההמוני הוחלפו הללו לפריסקופים פשוטים ביותר, ובמרבית הטנקים כלל לא היה פריסקופ לטען. ליקוי נוסף בטנק היה חסרונה של כיפת צריח - כזו הנפוצה בטנקים גרמנים - לשדה ראייה היקפי למפקד הטנק. כמו כן, אם בחר מפקד הטנק לשבת כאשר ראשו חשוף בצריח, מכסה הצוהר חסם את שדה הראייה הקדמי שלו. בסך הכל, הייתה הראות מתוך הטנק גרועה למדי, וצוותי 'ציידי טנקים' גרמנים למדו לנצל את האזורים המתים בהם צוות ה-T-34 אינו מסוגל לראותם, כדי לפגוע בטנק בעזרת נשקי נ"ט. ב-T-34 דגם 1943 התייחסו לבעיות הללו, והציגו צריח "משושה" - כלומר בעל שש דפנות - גדול יותר, עם מרווח משופר לצוות. באותה שנה גם נוספה כיפת צריח למפקד הטנק, עם פריסקופים לשדה ראייה היקפי.
מיגון.
בתחילה היה ה-T-34 בעל עובי שריון מרבי של 45 מ"מ בחזית הטנק ובצריח, ועובי שריון הצד בתובה היה כ-45 מ"מ בממוצע. ב-1942 הוגדל עובי שריון הצריח ל-65 מ"מ ואחר כך ל-70 מ"מ. שריון הגוף כולו משופע כיאות, לשם השגת תבנית בליסטית לעמידת הגוף בפני קליעים נגד-טנקים. מבנה זה העניק לאנשי הצוות מיגון טוב יותר ללא תוספת משקל יתרה. הודות לכך היה ה-T-34 למעשה חסין בחודשים הראשונים של הפלישה הגרמנית לברית המועצות לאש ממרבית תותחי הנגד-טנקים הגרמנים בתקופה, כמו גם לתותח ה-75 מ"מ הקצר של הפאנצר סימן 4 ותותח ה-50 מ"מ L/42 של הפאנצר סימן 3, שניהם בעלי כושר חדירת שריון נמוך. התותחים היחידים שיכלו להתמודד עם ה-T-34 היו תותח השדה בקוטר 105 מ"מ ותותחי הנ"ט Flak 18 בקוטר 88 מ"מ, ובמידה פחותה יותר גם ה-PaK 38 בקוטר 50 מ"מ. לקראת 1942 הוכנס ליחידות השדה הגרמניות תותח הנ"ט PaK 40 בקוטר 75 מ"מ, לו תכונות בליסטיות משופרות.
כתוצאה מכך החלו המתכננים הנאצים בשדרוג תותחי הטנקים ותותחי הנ"ט שלהם. אחד הפתרונות המיידים היה החלפתו של תותח 50 המ"מ הקצר של הפאנצר 3 לתותח L/60 הארוך והחזק יותר בדגם J, אולם זה היה יכול לחדור חזיתית את ה-T-34 רק מטווח מרבי של 500 מטרים. ב-1942 כבר היו 1,905 טנקי סימן 3 חמושים בתותח L/60, ואחר כך הוצא טנק זה בהדרגה מיחידות הטנקים. אך גם הפאנצר 3 המצויד בתותח L/60 נחשב רק כאמצעי ביניים, ובגרמניה הוחל בחיפוש קדחתני אחר טנק שיוכל לעמוד בפני ה-T-34 בתנאים שווים. המועמד שנבחר היה הפאנצר סימן 4, שכעת הוסב תותח 75 מ"מ הקצר שלו לתותח 75 מ"מ L/43 הארוך יותר, שטווחו גדול יותר ומהירות הלוע שלו היא יותר מכפליים מזה של התותח הקצר. באביב 1942 החלו להיכנס לשירות טנקי הפאנצר 4 עם תותח L/43, אשר היה מסוגל לחדור את שריון ה-T-34 ממרחק של 1,200 מטרים בכל זווית פגיעה.
השיפור ההדרגתי של החימוש הגרמני שינה את מאזן הכוחות בשדה הקרב, ומ-1943 אבד ל-T-34 יתרון המיגון.
חלק מהיחידות הסובייטיות הגיבו לכך בהוסיפם לוחות שריון בעובי 10 עד 15 מ"מ המרותכות לטנק, אולם שיטה זו לא אומצה באופן רשמי בגלל העומס שיצרה על המנוע והמתלים.
חימוש.
אחד מיתרונותיו הבולטים של ה-T-34 נעוץ היה בחימושו הראשי, תותח רב-תכליתי מחורק קנה, מדגם F-34 בקוטר 76.2 מ"מ. התותח הוא חצי אוטומטי, עם מנגנון רתיעה הידראולי. הוא היה זהה מבחינה בליסטית לתותח השדה הנפוץ ZiS-3. צידוד הצריח בוצע על ידי המפקד באמצעות מנגנון הידראולי, וצידוד מלא של הצריח בקשת בת 360 מעלות לקח כמעט 14 שניות. במקרה של תקלה במנגנון היה הצידוד מבוצע על ידי גלגל יד. התחמושת המובלת בטנק לדגמי 1942 היא 77 פגזים; בדגם 1943 הוגדלה קיבולת התחמושת ל-100 פגזים. שלושה פגזים אוחסנו בגוף הטנק, לרגלי הטען, ושישה נוספים לצד המפקד. יתר הפגזים אוחסנו בשמונה תיבות מתכת ברצפת תא הלחימה, בצורה שאינה נוחה לשימוש מיידי. לרוב הוטענו בטנק 19 פגזים חודרי שריון, 53 פגזים נפיצים, וחמישה פגזי רסס.
תחמושת חודרת השריון הסטנדרטית בשנתיים הראשונות למלחמה הייתה פגז חודר שריון בעל כיפה בליסטית (לשיפור הצורה האווירודינמית של הקליע הותקנה בחודו כיפה מחודדת מפח פלדה שהתפוררה בעת הפגיעה), שהכיל כמות קטנה של חומר נפץ. פגז זה שקל 6.3 קילוגרם, ועזב את התותח במהירות לוע התחלתית של 655 מטרים לשנייה, והיא אפשרה לו לחדור שריון בעובי 69 מ"מ מטווח 500 מטרים ובעובי 48 מ"מ מטווח 2,000 מטרים. זה הספיק כדי להתמודד עם הטנק הבינוני הסטנדרטי של גרמניה, הפאנצר סימן 4 דגם F בעל עובי שריון מרבי של 50 מ"מ. באביב 1943 החל להיכנס לשירות בצבא הגרמני דגם H, בו הוגדל עובי השריון ל-80 מ"מ; אולם באותה עת הוצג ל-T-34 פגז חודר שריון מנעל במשקל 3 קילוגרם, שאפשר לו לחדור שריון בעובי 92 מ"מ מטווח 500 מטרים. כנגד הטנקים הכבדים והמשוריינים יותר של גרמנים, דוגמת הסימן 6 'טיגר' והסימן 5 'פנתר' שהחלו בכניסה איטית לשירות ב-1943, היה תותח ה-76.2 מ"מ שלו יעיל הרבה פחות. הם היו חסינים חזיתית ל-T-34-76, שנאלץ להתקרב ולירות בשריון הצדדי או האחורי שלהם מטווח אפס.
בדומה לרוב הטנקים הסובייטים, יש ל-T-34 מקלעים מטיפוס DT ("דגטיאריוב טנקי") בקוטר 7.62 מ"מ - שהם הגרסה לטנקים של המקלע הקל "DP" - אשר היה הנהוג בכיתת הרובאים הרוסית. מקלע DT אחד נמצא בחרטום הגוף, בימין חזית הטנק; מקלע נוסף במקביל לתותח. מקלע זה יורה דרך נקב קטן בשריון, בחזית מקבע התותח. התחמושת למקלעים אוחסנה ב-35 תופים בני 65 כדור כל אחד. כמו מרבית הטנקים הסובייטים, נושא ה-T-34 תת-מקלע מדגם PPSH בעל קת מתכת מתקפלת. בחלקו האחורי של הצריח ישנם "אשנבי אקדח", המאפשרים שימוש בנשק קל מפנים הטנק. רוב הזמן, פרט להזדמנויות השימוש בהם, מוחזקים אשנבים אלה סגורים.
ניידות.
ל-T-34 מזקו"ם כריסטי עם גלגל מניע אחורי (גלגל משונן המניע את השרשרת), וחמישה גלגלי מרכוב בלי גלגל מחזיר; גלגל המרכוב מגיע מתחתית השרשרת עד לחלקה העליון. מאפיין בולט נוסף בתכנון הטנק היה זחליו הרחבים, בני 50 ס"מ (לעומת זחלי הפאנצר סימן 4, שרוחבם היה כ-40 ס"מ), שנתנו לטנק יכולת עבירות מצוינת לתקופה. תכונה זו הודגשה על ידי המתכננים הרוסים עקב המרחבים חסרי הדרך של ארצם, מרחבים ההופכים כה תכופות לימות-בוץ באביב ובסתיו. אפילו בתנאי החורף הרוסי הקשים השיג ה-T-34 עבירות טובה, ויכול לפעול בשלג בעומק מטר. אמנם מזקו"ם הכריסטי העניק לטנק נסיעה גמישה ונוחה, אבל גרם לתנודות למקבע תותח. הדבר פגם לא אחת בדיוק האש בתנועה. בעיניהם של תותחני הטנקים הגרמניים, הבריטיים והאמריקניים, שבדרך כלל עצרו כדי לירות, זה היה חיסרון מזערי, אך זה היה בניגוד לתורה הטקטית הסובייטית, שהמליצה על אש בתנועה.