Модернизация танка проводилась по трем направлениям: повышение живучести танка, огневой мощи и подвижности. В ходе модернизации боевая масса среднего танка возрастала до 40 тонн, главным образом за счет улучшения бронирования (вес обычного танка Т-55 – 36 тонн).
Повышение живучести боевой машины обеспечивалось главным образом появлением встроенной динамической защиты лба корпуса и башни, бортовых противокумулятивных и секционных экранов, дополнительным противоминным усилением днища танка в районе отделения управления.
Дополнительно монтаж встроенной динамической защиты «Контакт-5», а не навесных блоков «Контакт-1». Советский комплекс динамической защиты второго поколения «Контакт-5» обеспечивал защиту не только от кумулятивных боеприпасов, но и от подкалиберных снарядов.
Лобовая часть корпуса танка Т-55М5 получала дополнительную защиту в виде 152 элементов 4С22 «Контакт-5» общим весом около 800 кг. На башне танка устанавливались поддерживающие конструкции с 81 элементом 4С22 «Контакт-5» общим весом примерно 920 кг.
Огневая мощь танка повышалась за счет установки новой автоматизированной системы управления огнем. На танке появлялся лазерный дальномер и баллистический вычислитель. Изюминкой был тепловизионный перископический прицел 1ПН-96-МТ.
Подвижность танка улучшалась за счет нового двигателя. Устанавливался новый дизельный двигатель В-46-5М мощностью 690 л.с. (вместо В-55У мощностью 620 л.с.). Данный двигатель позволял потяжелевшему танку сохранить максимальную скорость до 50 км/ч при движении по шоссе.
Помимо этого для улучшения проходимости и повышения плавности хода предусматривалась модернизация ходовой части. Планировалось использование торсионов из новых типов стали и оснащение опорных катков обновленными гидроамортизаторами с повышенной энергоемкостью.
Также Т-55М5 получал 12,7-мм зенитный пулемет на башне, систему запуска дымовых гранат «Туча», современные средства связи, современную систему противопожарного оборудования.
