• Loại giọng: Nữ cao trữ tình nhẹ nhàng
• Quãng giọng: B2 ~ C7 (4 quãng 1 bán âm)
• Quãng hát tốt nhất: F3 ~ F5; F3 ~ B5 (bao gồm giọng óc) Thời prime cô support ổn định ở E3-F#5/Bb5 (headvoice)
• Quãng sáo (whistle voice): G#6 ~ A6

Thu Minh cho có khả năng hát giọng pha đến B5, thỉnh thoảng cô vẫn có support ở E3, có thể thực hiện tốt các đoạn vocal run ở tốc độ vừa phải, stamina khá tốt, cô cũng là ca sĩ Việt Nam hiếm hoi có thể sử dụng whistle voice. Tiếng hát của Thu Minh rất nội lực, là 1 trong những ca sĩ có kĩ thuật thanh nhạc tốt nhất ở Việt Nam.Tuy không được coi là nghệ sĩ có sự đào tạo bài bản bởi trường lớp nhưng với sự tìm tòi và ảnh hưởng từ các diva nước ngoài (đặc biệt là Whitney Houston),Thu Minh đã phát triển giọng hát rất tốt ở quãng cao,support tới tận F5, F#5 ở thời prime, ngoài ra headvoice cũng là lĩnh vực được cô chú trọng phát triển khi support được tới Bb5 (B5 ở prime). Ở Việt Nam cô là một trong những nghệ sĩ hát nhạc pop có mixed voice và headvoice phát triển nhất.