Танковая пушка Д-10Т имела длину 1,61 м и массу 1948 кг. Дальность прямого выстрела бронебойным снарядом оставляла 1000 м, осколочно-фугасной гранатой — 1100 м (при высоте цели 2 м). Максимальная дальность стрельбы — до 14600 м. Бронебойный снаряд на дальности 2000 м пробивал вертикально расположенную броню толщиной 155 мм. Боевая скорострельность составляла до 7 выстрелов в минуту. Углы вертикального наведения пушки — от -5° до +18°. На пушке устанавливался прицел ТШ-20.
Справа от орудия, в маске пушки, монтировался 7,62 мм пулемет СГ-43, еще два 7,62 мм курсовых пулемета СГ-43, были размещены по каждому борту в броневых ящиках на надгусеничных полках.
Танк Т-54-1 на испытаниях 1947 года. Основное вооружение танка — 100 мм пушка Д-10Т (без дульного тормоза). Хорошо видна башня характерной формы (с «заманом» по всему нижнему периметру).
Внутри ящика у пулемета имелись две специальные коробки с лентами по 250 патронов каждая. От стреляных гильз их освобождали по израсходовании обеих лент. Укладка лент в ящики и заряжание пулеметов производились снаружи машины. Установка пулеметов на боевой взвод осуществлялась механиком-водителем с помощью специального привода, находившегося на левом борту корпуса отделения управления. Над люком заряжающего на турели, аналогичной устанавливаемой на танках ИС-3 и ИС-4, монтировался зенитный пулемет ДШК калибра 12,7 мм с коллиматорным прицелом К10-Т (углы вертикального наведения пулемета от -4,5 до +82°). Боекомплект танка включал 34 унитарных 100 мм выстрела с осколочно-фугасными и бронебойными снарядами (20 выстрелов размещались в отделении управления, 14 — в боевом отделении), 200 патронов к 12,7 мм пулемету ДШК и 4500 патронов к СГ-43 калибра 7,62 мм.
Обзор по горизонту командиру обеспечивали прибор наблюдения ТПК-1 и четыре призменных прибора, установленных по окружности крышки люка. Благодаря такому расположению, командиру танка был обеспечен круговой обзор без поворота командирской башенки. У наводчика кроме прицела ТШ-20, имелся перископический прибор наблюдения МК-4, такой же прибор устанавливался и у заряжающего.
Левый курсовой пулемет Т-54-1, установленный в коробке на надгусеничной полке, на последующих модификациях танка от него отказались.
Схема моторно-трансмиссионного отделения — поперечная. В нем размещался 12-цилиндровый V-образный четырехтактный быстроходный дизельный двигатель жидкостного охлаждения В-54, который являлся дальнейшим развитием конструкции дизеля типа В-2. Мощность дизеля — 520 л.с. Трансмиссия состояла из входного редуктора (гитары), многодискового главного фрикциона, пятиступенчатой коробки передач с двумя инерционными синхронизаторами, механизма поворота и простых однорядных бортовых редукторов. В качестве механизма поворота были применены двухступенчатые планетарные механизмы, обеспечивающие получение двух расчетных радиусов поворота, а также возможность кратковременного увеличения силы тяги при прямолинейном движении без переключения передач за счет одновременного перевода рычагов управления в переднее положение.
Топливные баки емкостью 520 л были расположены в забронированном объеме (в боевом отделении и отделении управления). Дополнительно на надгусеничных полках устанавливались цилиндрические бачки для топлива. Запас хода танка по топливу составлял 330 км.
Ходовая часть танка выполнена по пятиопорной схеме с задним расположением ведущих колес. Подвеска танка индивидуальная, торсионная с лопастными гидроамортизаторами на передних и задних узлах подвески. Этот тип гидроамортизаторов, впервые примененный в отечественном танкостроении на танке Т-54, используется и до настоящего времени. Торсионы индивидуальной подвески установлены внутри корпуса на всю его ширину. Опорные катки левого борта смещены назад на 105 мм по отношению к каткам правого борта. Такое расположение катков вызвано смещением торсионных валов подвески. Опорные катки такие же, как на Т-44 — сдвоенные, с резиновыми шинами. Стальные диски катков спицованные с отверстиями для их облегчения. Ведущие колеса — со стальными съемными зубчатыми венцами (по 13 зубьев). Гусеница металлическая, мелкозвенчатая, с цевочным зацеплением и открытым металлическим шарниром. Каждая гусеница состояла из 90 траков, с развитыми грунтозацепами. Ширина гусеницы — 500 мм. Удельное давление на грунт — 0,93 кг/см2 (против 0,83 кг/см2 у Т-44)