Thu Phương được biết đến là một trong những giọng nữ hát giọng trầm và trung trầm, cô hát chủ yếu bằng giọng ngực. Quãng giọng của Phương được cho là hai quãng tám và hai nốt dài trải dài từ nốt B2 cho đến D5. Nốt nhạc trầm nhất của Phương từng đạt tới là nốt B2 trong ca khúc "Này em có nhớ" (2004)- trích từ album Lời của giòng sông và nốt E3 trong ca khúc "Im lặng đêm Hà Nội" (2004).[cần dẫn nguồn]