Действие автоматики ПМ основано на свободном затворе. Запирание ствола происходит за счёт инертной массы затвора. Упругость возвратной пружины, надетой на ствол, в самом запирании не участвует, она всего лишь возвращает затвор в переднее положение. Ударно-спусковой механизм двойного действия с открытым курком. В ПМ применён свободный ударник, не имеющий пружины, удерживающей его в заднем положении. Теоретически это может привести к самопроизвольному выстрелу при падении пистолета с большой высоты, но Н. Ф. Макаров считал, что ударник не обладает достаточной массой, чтобы всерьёз учитывать эту возможность.
Пистолет состоит из 32 деталей и следующих основных частей:
1. рамка со стволом и спусковой скобой;
2. затвор с ударником, выбрасывателем и предохранителем;
3. возвратная пружина;
4. ударно-спусковой механизм;
5. рукоятка с винтом;
6. затворная задержка;
7. магазин.
После того, как вставлен магазин и дослан патрон в патронник, ПМ можно поставить на предохранитель. При этом происходит безопасный спуск курка с боевого взвода, курок отходит от ударника и блокируется, спусковой крючок уходит вперед и тоже блокируется. Блокируется также и затвор (в «Вальтер ПП» затвор не блокируется, и оружие можно перезаряжать при включенном предохранителе). При включенном предохранителе ПМ готов к ношению.
Действие пистолета основано на отдаче при коротком ходе ствола. Запирание канала ствола осуществляется сцеплением ствола с затвором по схеме Хай Пауэр, где ствол снижается, взаимодействуя с неподвижным штифтом в рамке, и сцепляется с затвором через окно для выброса гильз.
Под стволом расположена возвратная пружина, выполненная из проволоки прямоугольного сечения, которая, по мнению её создателей, лучше накапливает энергию при сжатии и более компактна, чем обычные пружины из круглой проволоки.
Ударно-спусковой механизм двойного действия, ударникового типа. Усилие срабатывания УСМ у пистолета Р99 при стрельбе с предварительно взведённым ударником — 2,5 кгс, при стрельбе самовзводом — 4 — 4,5 кгс.
Рукоятка расположена под углом 110°. На боковых и торцевых поверхностях рукоятки выполнены поперечные выступы, облегчающие удержание пистолета при стрельбе.
Рамка изготовлена из полимерного материала. Он выполняется в двух вариантах, чёрного и тёмно-зелёного цветов. На корпусе присутствуют направляющие для крепления лазерного целеуказателя или боевого фонаря.
Неавтоматических предохранителей пистолет не имеет. Имеется кнопка безопасного снятия ударника с боевого взвода (находится сверху в задней части затвора).
Имеются автоматические предохранители: блокировка ударника при падениях и при ненажатом спусковом крючке, блокировка ударника при недозакрытом затворе. Автоматический предохранитель начинает действовать при отсутствии магазина в рукоятке, или когда он вставлен не до конца. Для безопасного снятия ударника с боевого взвода сверху кожуха затвора пистолета присутствует специальная кнопка. О том, что ударник взведён, сигнализирует выступающая позади кожуха-затвора задняя часть ударника.
Имеются указатель наличия патрона в патроннике, роль которого выполняет наружный выбрасыватель, и индикатор взведения ударника (при взведении хвостовик ударника на несколько миллиметров выступает из заднего торца затвора). В основании спусковой скобы находится двухсторонний рычаг защёлки магазина. Прицел открытого типа, регулируемый, с двумя прицельными дистанциями, 50 и 100 метров. Магазин металлический.
Автоматика работает по принципу использования отдачи при запирании канала ствола свободным затвором. Кожух удерживается в крайнем переднем положении собственной массой и возвратной пружиной, расположенной на стволе. Рама выполнена из лёгкого сплава на основе алюминия. Затвор-кожух изготовлен из оружейной стали.
Ударно-спусковой механизм куркового типа, двойного действия, с предохранительным взводом. Усилие спуска в режиме одинарного действия — около 2,7 кг, в режиме самовзвода — около 5 кг. На тыльной поверхности спускового крючка расположен выступ, служащий ограничителем хода, чем устраняется провал спуска при срыве боевого взвода курка с шептала, повышая тем самым, точность стрельбы. На левой стороне тыльной части затвора-кожуха расположен рычаг флажкового предохранителя, при включении безопасно спускающего курок с боевого взвода и блокирующий его в переднем положении.
Также, безопасность в обращении обеспечивает автоматический предохранитель ударника, блокирующий его до того момента, когда спусковой крючок не будет полностью выжат. Этот предохранитель защищает оружие от случайного выстрела при падении. Пистолет оснащён дополнительным автоматическим магазинным предохранителем, блокирующим ударно-спусковой механизм при отсутствии магазина в рукоятке. Рычаг затворной задержки расположен на левой стороне рамы. Рычаг фиксатора затвора-кожуха, служащий для разборки пистолета, расположен на правой стороне рамы, над передним основанием спусковой скобы. Кнопка защелки магазина размещается под рычагом затворной задержки, позади спусковой скобы. Прицельные приспособления открытого типа состоят из мушки, изготовленной заодно с кожухом-затвором, и целика, вставленного в паз кожуха-затвора. Щечки рукоятки пластмассовые с насечкой.