A heavy metal tipikus jellemzői a gitár és dob uralta hangzás, az erős ritmusok, a komolyzenei, blues vagy szimfonikus stílus. Mindamellett, a heavy metal különböző ágai saját stilisztikai variációkkal rendelkeznek, melyek gyakran mellőzik, vagy módosítják ezeket a jellemzőket. Egy heavy metal együttesben a dobos, basszusgitáros, ritmusgitáros, szólógitáros és énekes – aki valamelyik hangszeren is játszhat – a legjellemzőbb felállás. A billentyűs hangszerek népszerűek voltak a korai metal együtteseknél - különösen a (hammond) orgona és esetenként a mellotron - bár ezek használata már kevésbé megszokott. Az 1990-es évektől néhány stílus – a prog-metal, az európai power metal és utóbbi időkben a black metal – használ billentyűsöket, mások kerülik, noha a különböző alműfajok fejlődésével kezdik visszanyerni népszerűségüket.
A heavy metal dalok nagyban támaszkodnak az erős, tisztán hangszeres komponensekre. A gitár és felerősített hangja a heavy metal kulcseleme. A gitárok gyakran túlvezérelt csöves erősítőkön vagy torzító elektronikán keresztül szólalnak meg, hogy erőteljesebb, vastag, kemény hangzást hozzanak létre. A heavy metal egyik kulcseleme a gitárszóló. A műfaj kialakulásakor a minél bonyolultabb szólók és riffek nélkülözhetetlen részei voltak a heavy metalnak. A gitárosok a söprés-pengetést (sweep-picking), az érintőstílust (tapping) és egyéb más technikákat használnak a gyors gitárjáték elérése érdekében, és sok alműfaj a virtuozitást fölébe helyezi az egyszerűségnek. A technológia fejlődésével a gitár hangjának megváltoztatására új módokat alkalmaztak. Az 1970-es évek korai szakaszában felbukkantak a két szólógitárost alkalmazó együttesek. Sok együttes, mint például a Judas Priest vagy az Iron Maiden, követték a mintát, hogy a szóló- és ritmusfeladatokat két gitáros osztja meg egymás között.
Az énekesek hagyományos frontemberi, együttesvezetői szerepével gyakran kerül összeütközésbe a gitár dominanciája, ami zenei feszültséget teremt. A heavy metalban egyformán fontos mindkettő, a gitár és az ének is. A metal-éneklés meglehetősen változatos. Az énekesek képességei és énekstílusa Rob Halford (Judas Priest) és Bruce Dickinson (Iron Maiden) többoktávos teátrális énekétől kezdve egészen James Hetfield (Metallica) és Lemmy (Motörhead) rekedtes énekén át David Vincent (Morbid Angel) és George "Corpsegrinder" Fisher (Cannibal Corpse) gyomorból feltörő hörgéséig terjed.
A basszusgitár többnyire jelentős szerepet játszik a metalegyütteseknél, a hangzás mély tónusait szolgáltatja, ami a zenét "súlyossá" teszi. Egyes zenekaroknál a basszusgitár hangját torzítják, és effekt-pedálok sorával modulálják. A metalegyüttesek basszusgitárosai az ujjal való pengetés helyett gyakran használnak pengetőt, a keményebb megszólalás eléréséhez. Sok más rockzenei műfajhoz képest a metal-dalokban gyakran alkalmaznak basszusszólókat, főleg a dal első pár taktusában. A dobfelszerelés általában sokkal nagyobb, mint más rockzenei formáknál. A standard felső tam, lábdob, pergő, lábcin, kísérő és beütő cin mellett dupla lábdobot, számos felső tamot és sok különböző típusú cintányért használnak, valamint más ütős hangszereket is, például kolompot. A metal dobolás kivételes mértékű kitartást, kiemelkedő sebességet, valamint pontos koordinációt és ügyességet igényel a metal zenére jellemző bonyolult motívumok előadásához.
Az élő megszólalás esetén a hangerőt gyakran tekintik lényeges tényezőnek. Jimi Hendrix és a The Who nyomán - utóbbi "A világ leghangosabb együttese" címet is birtokolta egy időben a Guinness Rekordok Könyvében - a korai heavy metal együttesek új mércét állítottak fel a koncertek hangerejét illetően. Tony Iommi, a stílusteremtő Black Sabbath gitárosa, csak egyike azoknak a korai heavy metal zenészeknek, akik komoly halláskárosodást szenvedtek a koncertjeik nagy hangerejétől. A detroiti rocker Ted Nugent és a The Who gitárosa Pete Townshend, mindketten szinte teljesen megsüketültek mára. A heavy metal hangerőmániáját a "This is Spinal Tap" című ál-dokumentumfilmben figurázta ki a Spinal Tap nevű fantomegyüttes gitárosa, Nigel Tufnel, aki elárulta, hogy az ő Marshall erősítőin 11-re is fel lehet tekerni a hangerőt (Magyarországon a film "A turné" címen ismert).