复合装甲，材料构成由外至内分别为：锻压钢板、陶瓷材料、高硬度锻压钢板、强化玻璃纤维材料、陶瓷材料和防中子衬层。其中陶瓷材料层为刚玉陶瓷，内层钢板的硬度远大于外层，强化玻璃纤维材料则为装甲提供较好的韧性，装甲最外层有3~4条加强筋以及v型凸起，具备防浪、防弹和登车防滑功能。坦克其余部分装甲使用装甲钢板焊接而成。炮塔采用整体铸造加顶部焊接工艺，同轴机枪射孔附近的炮塔壁厚约为400mm，主炮两侧的间隙装甲中填有填料，顶装甲板厚度约为40～80mm不等，炮塔侧面装甲厚120mm，后部装甲厚90mm。
t－64a的炮塔比较矮小，呈圆卵形，安装在车身中部，相比t－62全车高度低了110mm。由于没有装填手，因此炮塔内只有炮手、车长两人，分别位于炮塔左右。炮塔内安装一门d－81t式（又称2a26式）125毫米滑膛炮，为单肉结构，采用横楔滑动式炮闩。炮管较长，中央有用于排除膛内火药气体的圆筒形抽烟装置，外部包有4段轻质金属热护套。发射常规弹时炮管寿命为600~800发，发射尾翼稳定脱壳穿甲弹则为280发。与d－81t搭配的6ets10液压自动装弹机采用吊篮式结构，弹丸和药筒均放在装弹槽中，再一同装进炮膛，射速约为6~8发/分。
由于炮弹不是水平摆放，而是竖着排放在战斗室周围，造成扬弹过程比较烦琐，而遇到装弹机故障时手动上弹则更麻烦。
主炮右侧安装了一挺7.62毫米kmt同轴机枪，弹带供弹，射速650发/分钟，有效射程1000米，备弹2000发。炮塔顶部的车长指挥塔旁则安装了一挺12.7毫米nsvt防空机枪，弹链供弹，高－平两用，具备360°旋转能力，备弹300发。
车体两侧的挡泥板上加装小型弹簧式装甲板（又称鱼鳃式履带侧裙），以保护悬挂系统上半部分以及坦克两侧，但这些装甲板很脆弱因此经常被坦克兵束之高阁。在生存能力上，t－64a内装具备核生化防护能力的集体超压式防护系统。由于主炮射击时会造成封闭车体内氧气含量剧减，因此t－64a还备有供氧设备，总供氧时间可达30分钟。
另外，t－64a的进出活门比t－64加宽了。炮塔前部有一些储物空间：炮塔右侧有一个储物舱，左侧有3个个人储物箱。坦克排气管则装在炮塔后面。
为了进一步满足精英部队的需求，t－64a一进入部队服役就马不停蹄地开始升级改良计划。在t－64a服役仅仅3年后，第一个改进型就出炉了。改进项目包括：
火控系统升级，用合像式测距的td－2－49炮手观瞄潜望镜替换原有的td－2－1，炮手瞄准夜视仪升级为tn－1－49－23，同时炮塔稳定器升级为2e26稳定系统。
加装r－123m电台设备加装驾驶员用tbn－4a和车长用tn－165a两套夜视仪。原有的nsvt
12.7毫米防空机枪被移到车长指挥塔上，让车长可以在不把身体暴露在车外也能通过电传系统以及zu－5瞄准镜在车内操纵机枪，备弹300发。
具备安装kmt－6反地雷系统的能力。1973年，t－64a的指挥型t－64ak也投入现役。这款坦克搭载了一台r－130m电台以及10米长可伸缩天线。由于天线太长，因此只能在停车并有一定的伪装措施下才能展开天线，另外也因为安装天线的原因而卸下了原本配备的防空机枪。同时t－64ak还装备了ab－2am炮兵指示器以及tna－3导航仪。这些指挥系统由一台汽油辅助动力发动机提供能源。
到了1976年，武器系统又一次更新：主炮升级为同为125毫米的d－81tm式（又名2a46－1）滑膛
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