По компоновке он был подобен "кольту-браунингу": ствол соединялся с затвором боевыми выступами, а при отходе, под действием отдачи, опускался, и обе части пистолета расстыковывались. Однако боевую пружину Токарев расположил внутри курка, а ударно-спусковой механизм выполнил в виде единого блока, что значительно упростило уход за пистолетом. ТТ имел два предохранителя, автоматический - для ударно-спускового механизма и обычный - для взвода курка. Еще одним мелким нововведением было то, что направляющие коробчатого магазина находились внутри рамки, а сам магазин имел в верхней части только суженную горловину. Благодаря этой особенности направляющие - наиболее уязвимая часть любого пистолета с магазином коробчатого типа - были надежно защищены от случайного повреждения.
В 1933 году в пистолет были внесены некоторые усовершенствования, сделанные на основе почти трехлетнего опыта эксплуатации. Оба боевых упора стали охватывать ствол со всех сторон, в то время как раньше они делались только на верхней его части. Это решение позволило формировать упоры сразу при изготовлении ствола и значительно упрощало производство, исключив отдельную фрезеровку выступов. Также после 1933 года задний торец рукоятки стал составной частью рамки, в то время как прежде он был отделяемым.
Модифицированный пистолет ТТ-33 полностью вытеснил ТТ-30. Серийное производство более раннего образца началось в 1930 году, по некоторым данным выпуск этой модели составил 93000 штук. Производство ТТ-33, начавшееся в 1934 году, продолжалось до середины 50-х годов, по некоторым данным их было выпущено 1 740 000 штук.
Кроме Советской Армии, ТТ состоял на вооружении войск почти трех десятков стран. Так, в Китае его выпускали под обозначением "тип 51", в КНДР поначалу присвоили наименования "51" и "54", а переделанному корейскими специалистами образцу "тип-68".
В Венгрии на основе советского пистолета создали под 9-мм патрон "парабеллум" 8-зарядный "Токагипт-58". Его с успехом экспортировали в Египет, Алжир, Чад и др. Югославы удлинили рукоятку стандартного ТТ, разместили в ней магазин на 9 патронов и назвали переделанное оружие "М-57", позже на его базе изготовили более мощный 9-мм М-65.
Утверждается, что существуют два редких варианта пистолета разработанных после войны: спортивный P-3 (5.6 мм), и Р-4 с удлиненным стволом и регулируемым прицелом, который предназначался для целевой стрельбы.