世纪钟高达40米，金属部分重量为180吨。该钟每面直径14米，面积约154平方米，12个直径2.6米、重约1吨的铸铜浮雕分别为12星座。盘芯及钟指针采用花档镂空制作，显得古朴典雅。厚重的锻铜底座上布满大小齿轮、链条以及巨大的钢制螺钉、铆钉，与古老的解放桥互相映衬，向人们诉说着中国的近代工业从这里开始。

钟表的表盘外形为欧式风格体，选用不锈钢材料制作罗马数字及表盘中心骨架。骨架镶嵌高级亚克利透明板材封面，板材厚度8毫米。罗马数字部分为镂空镶嵌。罗马数字外围直径8米，内圆直径5米，中心表盘外圆直径5米。表盘上镶有“天津”及“2000”大幅字样。直径5米表盘内，夜间发光。时、分针用不锈钢激光切割制作，分针全长约4米。时、分针总重量为180公斤。30多个齿轮部分全部用钢制作，外面锻了黄铜，齿轮代表时光流转，世纪更迭，20世纪工业化时代结束，运转到21世纪的高科技时代。

钟盘侧面有一个巨大的钢制长杆造型，全高34米，总重约10吨，上顶太阳，下挂月亮。长杆呈“S”型，取材于太极分割线形状。寓意阴阳交替，互始互终。太阳的光芒和月亮的光环都在以每分钟3转的速度匀速旋转，速度可调，意味着天津是中国的门户，浓缩了一个小宇宙，再配合时钟的运行，给人以动感和强大的生命力，把凝固雕塑提高到动态雕塑。太阳与月亮的外部全都是不锈钢制作，太阳的脸儿贴了纯金箔，月亮的表面贴了纯银箔，月亮旁边的卫星也是贴了纯金箔。立柱使用紫铜制作，长18米、宽6米，重达40吨。用来支撑钟表和机房的平台也是使用钢制的。

为了将世纪钟衬托得更加威仪，在世纪钟的周围竖立了8个星空回转灯（分别发出红、黄、绿、蓝的颜色）、3圈射灯（白色灯光）、16杆水晶灯（每杆水晶灯上装有72个灯泡）。

为了满足大钟报时音响效果的真实性、无噪音，在大钟平台终端处，设置了四组高、低音室外用音箱，总功率在2千瓦以上，使音量上做到了充分可调，保证了音质的效果。大钟在每天第一次报时时，响起“东方红”的音乐，后面每次整点报时时，则采用世界专用钟声。

夜间发光是世纪钟的又一特色。在设计上使用内照明发光，使表盘部分在夜间清晰可见，外照明使整体通亮。并由主控制器提供自动开关信号，根据不同季节夜间长短自动起闭灯光。发光系统还同时给摆杆上的两个转动轮提供电源开关信号，使摆杆上的“太阳”外圆周边在夜间发光，摆杆下端的“月亮”也以同样方式发光。

世纪钟的机械执行部分是主计时钟，它由机械机芯、主控制器、GPS时钟控制器、时、分针组成。机芯的设计寿命为50年，主轴使用特种钢，轴径为50毫米，机芯自重98公斤，能承受180公斤以上的时、分针常年运转；主控制器是世纪钟实现走时、夜间发光、自动报时、转动轮定时转动的心脏主控制器，设计在主控制台中，能同时监视时钟的走时情况、转动轮运转情况等；GPS时钟控制器是时钟的主要校时、校对机构，使时钟在长年的走时中无误差，在控制间里安放有GPS数字显示时钟，在自身显示年、月、日、时、分、秒的同时，它还提供给机械时钟标准的时间源。在双面大钟背后，设有一座30平方米的总控制室。大钟的动力源及全部运行设备安置其内。控制室内分电源间、钟控间、内发光1号房、内发光2号房。

整个世纪钟在庄重之中显出飘逸隽永，钟表、长杆、齿轮、底座构成了一个完美的时空造型，标志着天津这座老工业城市在历史的进程中已经又前进了一大步。

2024年1月，世纪钟的报时功能已经恢复了，到1月25日，停摆多年的太阳轮、月亮轮也将完成修复，世纪钟将以“完整体”在春节前亮相。