Le tunnel du Fréjus est dimensionné pour permettre la circulation de poids lourds jusqu’à 4,3 m de hauteur. Un tube unique accueille deux voies de circulation de 3,5 mètres, pour une largeur roulable de 9 mètres. Cinq garages et cinq galeries de retournement situées en vis-à-vis tous les 2100 mètres permettent l’arrêt d’urgence et l’évacuation des véhicules en panne.  u Le tunnel est équipé de nombreux dispositifs de sécurité : boutons SOS tous les 20 m, 100 niches d’appel, situées tous les 265 m, avec 2 extincteurs, 2 extincteurs supplémentaires entre chaque niche, poteaux incendie tous les 130 mètres, reliés à une conduite incendie gravitaire alimentée par 2 réservoirs incendie (côté Italie : 500 m3 et côté France : 250 m3. Le tunnel comporte 11 abris pressurisés et reliés à la gaine de ventilation, itinéraire actuel d’évacuation des usagers.
Il est également équipé de regards siphoïdes, dits « coupe-feu », permettant de stopper une éventuelle propagation de l’incendie par le caniveau de drainage, en cas de déversement de matières inflammables sur la chaussée. u Les têtes françaises et italiennes sont situées à des altitudes voisines, respectivement à 1228 et 1297 mètres. Le profil en long présente une faible pente de 0,54% dans le sens France-Italie. 2 gaines sont positionnées au dessus de la dalle de plafond du tunnel : l’une permet l’évacuation de l’air vicié ou des fumées. La seconde est destinée à apporter l’air frais et peut également servir d’itinéraire d’évacuation des usagers en cas d’incendie. Entrée italienne (à gauche) et française (à droite) du tunnel du Fréjus. u Le tunnel est alimenté en air frais par six centrales de ventilation : une à chaque tête du tunnel, et deux centrales souterraines doubles, l’une étant située coté français à 4 km de la tête française et l’autre du coté italien, à 8 km de la tête française.
Chaque centrale renouvelle l’air d’un canton de ventilation de 2140 m de long, les deux usines souterraines étant alimentées en air frais par deux puits débouchant à 2000 m d’altitude. L’alimentation en air frais est asservie à des capteurs de pollution qui mesurent l’opacité, la vitesse du vent, le taux de monoxyde de carbone. u L’ouvrage dispose d’un dispositif d’extraction des fumées en cas d’incendie : des trappes de désenfumages télécommandables, situées tous les 130 m dans la dalle de voûte du tunnel permettent de concentrer l’aspiration des fumées en cas d’incendie. Ces fumées sont ensuite entraînées dans la gaine d’air vicié, puis évacuées vers l’extérieur par la cheminée du puits de ventilation.
D’une capacité totale de 1500 m3/s pour l’apport en air frais (12 ventilateurs) et de 1250 m3/s pour l’évacuation de l’air vicié, le système est entièrement automatisé et relié à la GTC (Gestion technique Centralisée). Usine de ventilation et trappe de désenfumage du tunnel du Fréjus.  
Le système de désenfumage fait l'objet d'améliorations successives, grâce à un travail d'optimisation de la gestion des équipements existants. En fonction des paramètres calculés par les stations météorologiques placées sur les deux plates-formes (différence de pression atmosphérique entre les deux têtes et température) et du lieu de l'incendie, les possibilités de soufflage et d'extraction de l'ensemble du tunnel sont automatiquement utilisées pour s'opposer au courant d'air longitudinal afin d'obtenir une vitesse de l'air la plus faible possible au droit d'un incendie. Ceci permet de cantonner les fumées près de l'incendie et de conserver leur stratification, au bénéfice de la sécurité. Un autre chantier d'amélioration du désenfumage est en cours, avec l'agrandissement des trappes de désenfumage de 1m2 à 6 m2. u Deux réseaux électriques alimentent le tunnel : le réseau italien ENEL pour le sens France/Italie et le réseau français EDF côté Italie/France. Par exemple, pour chaque couple de ventilateur, l'un est alimenté par ENEL, l'autre par EDF. Chaque réseau peut prendre le relais en cas de défaillance. Si ces deux fournisseurs faisaient défaut, des groupes électrogènes garantissent l’alimentation des circuits vitaux pour la sécurité.
Plus de 3000 luminaires assurent l’éclairage à l’intérieur de l’ouvrage.
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