M1A1 Abrams có lớp giáp bảo vệ tốt hơn so với phiên bản trước đó. Tháp pháo phía trước và giáp thân có thêm lớp giáp composite tiên tiến được gia cố bằng uranium để bảo vệ tốt hơn. Phương tiện có thể di chuyển với vận tốc tối đa 67 km/h, tầm hoạt động 465 km.
Một trong những cải tiến quan trọng nhất của xe tăng M1A1 Abrams là được trang bị pháo nòng trơn M256 cỡ nòng 120mm. Pháo sử dụng đạn xuyên giáp đặc biệt M829A2, được Mỹ phát triển để chống lại các xe tăng đối phương.
Ngoài pháo chính là M256, xe tăng này còn trang bị một số vũ khí khác gồm: Súng máy M240 7,62 mm đồng trục, một súng máy 7,62 mm khác lắp trên nóc do xạ thủ vận hành và súng máy Browning M250 12,7 mm do chỉ huy vận hành.
Biến thể M1A1 SA có các tính năng nâng cao, bao gồm máy đo khoảng cách laser nâng cấp và camera chụp ảnh nhiệt được tích hợp vào ống ngắm chính của xạ thủ. Ngoài ra, hệ thống vũ khí ổn định được điều khiển từ xa mới cho phép chỉ huy xe tăng tiến hành bắn chính xác từ súng máy hạng nặng ngay cả khi xe tăng đang chuyển động.