Как сообщал главный конструктор завода № 183, в основу модернизации танка Т-34, которая в итоге вылилась в Т-34М, были положены следующие тактико-технические требования: максимально возможное усиление бронезащиты танка, сохранение огневой мощи и динамических качеств на уровне Т-34 и по возможности использование в конструкции новой машины как можно большего количества агрегатов и узлов от серийного Т-34. В пояснительной записке к проекту Т-34М говорилось:
«Для наиболее полноценного разрешения всех поставленных требований завод № 183 после критической оценки ряда вариантов модернизации танка принял вариант, который в основном сохраняя компоновку Т-34, путем коренной переделки корпуса, башни и подвески танка, обеспечивал наилучшее выполнение указанных выше тактикотехнических требований».
Проектом предусматривалось использование безо всяких изменений в Т-34М следующих агрегатов и узлов с Т-34: двигателя В2-34, главного и бортовых фрикционов, коробки перемены передач, тормозных лент, бортовой передачи (кроме семи деталей), радиаторов системы охлаждения (за исключением коллекторов), воздухоочистителя «Циклон» (за исключением бункера), гусениц, опорных катков, ведущего колеса и ленивца, сиденья водителя, полностью электрооборудования, часть механизмов башни (поворотный механизм, сиденья, захваты, замки, петли), щиток контрольных приборов, а также укладка ЗИП и инструмента.
Главным отличием Т-34М от серийного Т-34 стал броневой корпус и башня.
Корпус (он во многом напоминал корпус, разработанный для танка Т-34М весной 1941 года, но имел несколько меньшие размеры) предполагалось изготовить из брони высокой твердости, что должно было обеспечить «дистанцию безопасного обстрела по нормали (для 75 мм) в 250 метров». Носовую балку и кормовую часть предусматривались изготавливать из броневого литья. Если лобовые листы толщиной 75 мм (верхний) и 45 мм (нижний) устанавливались под такими же углами наклона, как и у Т-34, то борта выполнялись вертикальными из 75-мм брони. В лобовом листе имелся люк-пробка механика-водителя, который, в отличие от Т-34, размещался справа по ходу танка.
Башня проектировалась цельнолитой с вварной крышей и имела толщину брони 90 мм. По форме она напоминала серийную шестигранную башню, которая устанавливалась на серийные тридцатьчетверки. Также предполагалось отливать и орудийную маску, толщина которой составляла 90 мм.
Помимо корпуса и башни серьезным переделкам подверглась и подвеска — на Т-34М предусматривалось использование в качестве упругих элементов торсионных валов, «чем удалось достигнуть основного требования — резкого снижения веса машины». Причем конструкция подвески была унифицирована с подвеской артиллерийского тягача АТ-45, проектирование которого вело в это время КБ-520 (этот тягач разрабатывался на базе танка Т-34 с конца 1941 года. —
Из-за более плотной компоновки Т-34М его экипаж составлял три человека — исключался стрелок-радист. Однако это было сделано не из-за того, что на машине не предусматривалось использование радиостанции, как пишут некоторые источники. Просто рацию (по проекту устанавливалась 9Р «Тапир») перенесли из корпуса в башню, и ее должен был обслуживать заряжающий.
В заключении пояснительной записки к проекту Т-34М, главный конструктор завода № 183 А. Морозов писал:
«Как одной из положительных особенностей модернизации танка является его конструктивная простота, на которую в процессе проработки было обращено особое внимание.
Простота конструкции, заложенная в модернизированной машине, является залогом ее работоспособности, надежности и дешевизны в производстве. Все это в условиях военного времени может служить только быстрейшему освоению модернизированной машины в производстве и армейских частях.
Значительное количество (до 80 %) заимствованных с Т-34 механизмов и деталей и сохранение без изменений с танком Т-34 самой компоновки машины в целом также является одним из основных положительных качеств нового модернизированного образца, упрощающих вопросы ремонта и восстановления машин. Помимо этого, исключается необходимость в переподготовке танковых экипажей, и экипажи танков БТ и Т-34 при эксплуатации модернизированных танков сохранят полученные ранее навыки и опыт».