Конструкция вагонов метрополитена нового поколения разработана с учетом мировых тенденций развития метровагоностроения и сложных условий эксплуатации на метрополитенах России и стран СНГ. В конструкцию новых вагонов заложено широкое внедрение электроники и автоматики, прогрессивные системы электропривода, высокий уровень надежности, обеспечение приоритетных требований безопасности перевозки пассажиров.
Выпускаются новые вагоны метрополитена двух типов: вагон модели 81-720 — головной, с кабиной управления, моторный; вагон модели 81-721 — промежуточный, без кабины управления, моторный с автономным управлением от маневрового пульта. Вагоны предназначены для перевозки пассажиров в тоннелях, с возможностью кратковременного выхода на открытые участки метрополитенов.
Кузова вагонов цельнометаллические, сварной конструкции, с несущей наружной обшивкой из нержавеющей стали. Тележки вагонов — двуосные, моторные, с двойным рессорным подвешиванием — рычажно-пружинным в буксовой ступени, пневматическим в центральной ступени, с использованием гидроамортизаторов, с колодочным тормозом. Редуктор одноступенчатый, моноблок «двигатель-редуктор» подрессорен, приводная часть тележек полый вал с упругими резинометаллическими шарнирами.
На вагонах устанавливается комплект тягового электрооборудования с асинхронными тяговыми двигателями. Тяговый инвертор на JGBT транзисторах. Система управления поездом с использованием бортовых компьютеров на базе микропроцессорной техники.
В системе пневмооборудования используется двухступенчатый поршневой электрокомпрессор, в тормозной системе — блок электропневматических приборов в едином модуле. Вагоны оборудуются радиодиспетчерской связью и цифровой информационно — переговорной системой.
Безопасность перевозки пассажиров обеспечивается оснащением поездов системой безопасности движения (АРС) на новой элементной базе, системами торможения — тормозом электрическим (рабочим), электропневматическим (служебным), экстренным, аварийным и стояночным, системой технической диагностики оборудования вагонов поезда с выводом информации состояния оборудования на экран дисплея кабины управления. Пожарная безопасность обеспечивается установкой на поезде автоматической системы обнаружения и тушения пожаров «Игла», используются негорючие и трудногорючие материалы внутреннего оборудования вагонов, системой аварийной эвакуации пассажиров вдоль поезда.
Кабина управления оборудована кондиционером, в салонах вагонов установлена принудительная механическая вентиляция. В производстве имеются модификации вагонов 81-720, 81-721 с электроприводом постоянного тока и тиристорно-импульсной системой управления. Предусмотрена возможность изготовления прицепных вагонов модели 81-722.