Theo hồi ký Phạm Duy, do muốn trường ca mang tính chất tượng trưng, ông đã dùng âm thể chính là Mi giáng trưởng với những nốt nhạc có dấu giảm. Theo ông: "Về hình thức nghĩa là về nhạc lý, theo tôi, Mẹ Việt Nam mang nhiều tính chất dân ca hơn Con Đường Cái Quan. Vì bài này mang tính chất tả thực (réaliste) nên nó được xây dựng trên âm giai LA MAJEUR nghĩa là với những nốt nhạc có dấu thăng (dièse). Tôi muốn Mẹ Việt Nam mang tính chất tượng trưng (symbolique) nên bây giờ tôi dùng âm thể MIb với những nốt nhạc có dấu giảm (bémol)".[3]

Nhà nghiên cứu Georges Gauthier, tác giả cuốn "Một người Gia Nã Đại và âm nhạc Phạm Duy", sau khi nghe trường ca đã có nhiều khen ngợi. Theo Gauthier, hiếm khi trong tác phẩm của Phạm Duy mà kỹ thuật và súc cảm, lý trí và tình cảm lại hòa hợp với nhau trong một vẻ vĩ đại và toàn hảo vững vàng được như trong bản Mẹ Việt Nam. Gauthier gọi cái đẹp của bản liên-hợp-phổ ấy là cái đẹp cổ điển, một cái đẹp phổ quát, và đoán chừng chỉ có bản trường ca tiếp theo mới có thể so sánh được.[4]

Âm nhạc của trường ca Mẹ Việt Nam, cũng theo Georges Etienne Gauthier, được cấu trí và hòa điệu phong phú hơn, nhưng mang ít tính dân gian hơn so với trường ca Con đường cái quan[4].

Bắt đầu với cung Cm trong đoạn "Mẹ ta", "Mẹ xinh đẹp", Phạm Duy đã đưa giai điệu qua nhiều cung bậc khác nhau: "Lúa mẹ" bắt đầu bằng cung Emb và kết thúc bằng Cm, sang phần "Sông vùi chôn mẹ" chuyển sang cung Bb. Đến "Dòng sông chia rẽ", giai điệu biến đổi lần lượt, bắt đầu ở cung Bmb, rồi qua Dmb, Fm, Bmb, Emb và Gb. Phần "Biển mẹ" bắt đầu một cách tươi tắn bằng cung Eb trong Mẹ trùng dương, dần chuyển sang đoạn kết ở cung Ab[5].

Trong trường ca, Phạm Duy đã sử dụng một số điệu lý, điệu hát ru, điệu hò... quen thuộc trong dân gian, đa phần nằm ở chỗ tiếp nối các đoạn nhạc.