Medaljen, som er i gull med en diameter på 70 mm og en tykkelse på 5 mm, veier 311 gram og har en betydelig verdi i seg selv. Den er utformet av skulptøren Eugene L. Daub fra USA. Adversen viser Daubs høyrevendte portrett av Fred Kavli med innskriften «THE KAVLI PRIZE» i en bue over. Reversen bærer Kavliprisens logo, utformet av designeren Enzo Finger. Logoen består av et geometrisk mønster, en versjon av Metatrons kube. Over logoen står navnet på fagfeltet prismedaljen er tildelt for, «ASTROPHYSICS», «NANOSCIENCE» eller «NEUROSCIENCE», og denne innskriften er det eneste som skiller prismedaljens tre varianter fra hverandre. Under logoen er det et flatt felt der prisvinnerens navn inngraveres. Medaljen er produsert ved Northwest Territorial Mint i USA.