Thanh Tuyền sở hữu loại giọng full lirico soprano (nữ cao trữ tình đầy đặn) hiếm thấy ở Việt Nam, khác với đại đa số light lirico soprano (nữ cao trữ tình sáng mảnh như hầu hết các ca sĩ khác). Đặc trưng của full lirico soprano là âm sắc đẹp, ấm áp, đầy đặn, quãng trung và cận cao phát triển, nhưng vẫn lên được những nốt cao sáng rực. Nhờ lợi thế đó, ca sĩ sở hữu loại giọng này thường hát truyền cảm và có nội lực lớn hơn hẳn.

Nếu ai đã từng nghe Thanh Tuyền hát live trực tiếp, sẽ không khỏi bất ngờ trước nội lực giọng hát của bà. Dù hát Nhạc Vàng (dòng nhạc không đòi hỏi quá nhiều sự phô diễn), nhưng Thanh Tuyền vẫn khiến khán giả phải “choáng váng” thực sự trước âm lượng lớn và giọng hát xuyên thấu của mình.

Chỉ cần Thanh Tuyền mở miệng ra thôi cũng đủ áp đảo mọi ca sĩ hát chung với mình và lấp đầy toàn bộ khán phòng. Giọng hát của cô vô cùng chắc chắn, khỏe khoắn và nặng tính metalic (kim khí). Giọng full lirico soprano bẩm sinh phú cho Thanh Tuyền quãng cận cao đanh dày, chắc khỏe vô cùng tận. Rất ít ca sĩ Việt Nam nào ở tuổi gần 70 vẫn có thể belt âm đóng /i/ tới tận C5 dày và nặng, nội lực lớn, với đầy đủ vibrato như Thanh Tuyền đã làm trong màn trình diễn ca khúc Chiều mưa biên giới tại Hà Nội hồi tháng 10/2017.

Cô hát vững chãi như một tảng núi, sừng sững đến không thể quật ngã. Cũng chính lợi thế của giọng full lirico soprano đã ban cho Thanh Tuyền phần quãng trung phát triển tới bất ngờ. Cô có thể nhả chữ và giữ nốt trên G4, G#4 vô cùng dày, chắc chắn và ẩn giấu phần nội lực không nhỏ trong đó.

Năng lực trong quãng giọng của Thanh Tuyền thuộc hàng đáng nể. Cô mixed cao rất tốt và thoải mái, có thể lên giọng thật tới C5, D5, Eb5 một cách dễ dàng. Nhưng đồng thời, cô còn xuống được nhiều nốt trầm chắc chắn, sâu và tối. Rất khó để tìm được một giọng nữ cao Nhạc Vàng nào có thể xuống được F3 bằng chest voice với sức nặng như Thanh Tuyền trong ca khúc Kiếp nghèo. Cô cũng có thể hát nhiều đoạn trầm liên tiếp ở F3, F#3, G3, G#3 một cách thoải mái, nhả vào từng chữ mà không bị mờ.Việc chuyển giọng liên tục trên các quãng từ cao xuống thấp, trải dài trong gần 2 quãng tám với sức nặng và chắc khỏe khi hát một ca khúc Bolero như Thanh Tuyền là điều cực kì khó nhằn, nếu không muốn nói là thách đố các ca sĩ nhạc vàng ngày nay.

Xét về ngũ cung, các giọng full lirico soprano khác thường thuộc hành thủy, hoặc thủy pha kim, mộc pha kim, nhưng Thanh Tuyền lại thuần kim chính cách.Nói cách khác, mỗi khi hát, Thanh Tuyền tạo ra thứ âm thanh tráng lệ giống vàng mười, dội vào tai người nghe sự choáng ngợp và hào quang kì diệu như được chiêm ngưỡng một kì quan nào đó.

Điều này được thể hiện rõ nhất khi Thanh Tuyền nhảy lên quãng mixed voice tầm B4 tới D5. Khi đó, trong tần số vibrato của cô nảy lên độ rung độc đáo, nổi bần bật và bay xa như đang tung ra những chuỗi ngọc trong không gian vậy.

Về màu sắc, có thể ví tiếng hát Thanh Tuyền với màu hoàng yến rực rỡ xôn xao trong ánh nắng chói lòa. Chính nhờ âm sắc tuyệt vời, sang sảng hiếm có đó mà Thanh Tuyền đã nổi bật hơn hẳn Hương Lan (cũng là một giọng hát giàu âm sắc) khi hát chung với nhau.

Cách hát này không đúng chuẩn thanh nhạc kinh điển. Nó khiến những nốt cao của cô tuy sáng rực rỡ nhưng hơi gắt và nhọn như mũi dao đâm toạc không gian. Vì lẽ đó, một số người cho rằng giọng Thanh Tuyền bị chua và không đẹp.

Tuy nhiên, trên thực tế, âm sắc giọng Thanh Tuyền lại rất đẹp vì có đủ độ ấm và đầy đặn. Khi dùng falsetto (giọng gió) trên airy voice (âm hơi) để bỏ nhỏ, cô tạo được những quãng âm vô cùng mượt mà và mềm dịu, ngọt như mật, êm như nhung. Với những tiềm năng quý báu như vậy, giọng hát Thanh Tuyền thực sự là niềm khao khát của nhiều ca sĩ ngày nay, kể cả Nhạc Vàng và ngoài Nhạc Vàng. Thanh Tuyền không phải người khai phá Nhạc Vàng. Trước cô đã có nhiều danh ca khác như Duy Khánh, Trúc Mai, Hà Thanh, Chế Linh, Phương Dung, Thanh Thúy, Hoàng Oanh…

Tuy nhiên, không thể phủ nhận, lối hát đặc biệt và đậm chất kĩ thuật của Thanh Tuyền đã góp phần không nhỏ vào việc định hình phong cách Nhạc Vàng đương đại.

Thanh Tuyền tận dụng triệt để các lối hát truyền thống của dân ca vùng miền như nảy tiếng, đổ hột, vọng cổ câu vô và biến tấu, tinh giản đi cho phù hợp với Nhạc Vàng một cách hài hòa nhất, chứ không chỉ đơn giản là luyến láy theo nhịp điệu.

Trong thanh nhạc, người ta gọi đây là sự thêm thắt, trang trí cho nốt nhạc lộng lẫy và đa dạng hơn.

Mục đích của việc sử dụng các kĩ thuật này là thổi điệu hồn dân tộc đượm hơn vào Nhạc Vàng, biến nó từ ngoại lai thành thể thức nhạc riêng của người Việt, dân dã và đi sâu từ nguồn cội.

Hơn 55 năm đi hát, Thanh Tuyền đã thể hiện trình độ nhạc lí cũng như thanh nhạc qua các thể loại khác nhau: nhạc vàng, trữ tình, bolero, dân ca, nhạc ngoại quốc. Nhiều bài hát làm nên tên tuổi bà: Dấu chân kỉ niệm (Thúc Đăng), Nỗi buồn hoa phượng (Thanh Sơn), Đà Lạt hoàng hôn, Thương về miền đất lạnh, Không bao giờ quên anh (Hoàng Trang), Đôi ngã chia ly (Khánh Băng), Chiều mưa biên giới (Nguyễn Văn Đông), Chuyện buồn ngày xuân, Biển tình, Gửi người ngàn dặm, Chuyến đò vĩ tuyến (Lam Phương), Giấc ngủ cô đơn (Lê Dinh & Anh Bằng), Mưa chiều kỉ niệm (Duy Yên & Quốc Kỳ), Biển mặn, Đồn vắng chiều xuân, Chuyện tình Mộng Thường, Hàn Mặc Tử (Trần Thiện Thanh), Chuyến đi về sáng (Trần Thiện Thanh & Thúc Đăng).

Hát cho lính, hiểu được tâm tư, tình cảm của lính. Thanh Tuyền "người yêu của lính", tiếng hát gắn liền theo "mệnh nước nổi trôi". Trong lòng những người yêu nhạc vàng, đặc biệt là yêu mến cặp danh ca này thì Chế Linh là người hát ăn ý nhất với Thanh Tuyền và ngược lại. Khán giả vẫn xem đây là cặp “tình nhân” đẹp nhất trong làng nhạc vàng từ trước đến nay. Với khán thính giả mộ điệu nhạc Vàng, Thanh Tuyền mãi mãi là tượng đại của dòng nhạc này, "độc nhất vô nhị", tạo ra một "trường phái riêng" cho Bolero Việt Nam. Tiếng hát Thanh Tuyền là niềm ước mơ cho nhiều thế hệ ca sĩ sau này.