Помимо повышения огневой мощи при модернизации важное место отводилось усилению бронезащиты. Усиление защиты привело к росту массы танка на 0,9 т, при этом защита лобовой проекции башни была доведена до 500-550 мм эквивалентной толщины стального бронелиста при попадании бронебойных снарядов и 650-700 мм – при попадании кумулятивных снарядов, бортов башни – до 430-470 мм и 550-600 мм, соответственно. Эффективность бронезащиты башни повышена за счет использования наполнителя, содержащего обедненный уран. Выпуск танков с урановой броней начат в 1988 г., эти танки обозначаются М1А1 НА (НА – Heavy, А – усиленная броня). В основном такая броня предназначена против кумулятивных боевых частей ПТУР. К настоящему времени бронепробиваемость современных 120…125-мм БПС достигла 600 мм и более, а БЧ ПТУР 1200 мм. По этой причине при создании защиты от мощных кумулятивных средств приходится использовать все технические новинки включая и способ с использованием обедненного урана. В упрощенном варианте принцип действия такой защиты заключается в следующем. При подрыве боеприпаса (1) образующаяся кумулятивная струя (2) взаимодействует с блоком, состоящим из броневых деталей (3,4), между которыми размещен неметаллический наполнитель с установленными в нем урановыми пластинами U,, U 2 , U r Кумулятивная струя условно разделена на элементы 1 …7. Состояние (а) соответствует пробитию кумулятивной струей детали (3) и началу взаимодействия ее элемента (1) с урановой пластиной U,, которое происходит при скорости соударения порядка 7 км/с. При такой скорости в элементе (1) возникают ударно-волновые процессы «взрывного» характера, приводящие к дроблению этого элемента с разлетом в зоне наполнитля, диаметр которой значительно превосходит диаметр кумулятивной струи. Состояние (б) отражает факт, при котором благодаря «взрывному» разрушению элемента (1) его осколки разлетелись и застряли в значительной зоне наполнителя, а элемент (2) подошел ко второй урановой пластине U,. Состояние (в) соответствует «взрывному» разрушению элемента (2) и далее картина повторяется. Спрашивается, какая же роль урановых пластин? Благодаря высокой плотности (в 2,5 раза больше, чем у стали) эти пластины при предельно малой толщине обеспечивают «взрывной» характер разрушения элементов кумулятивной струи.

М1А1
Схема взаимодействия кумулятивной струи с бронезащитой, содержащей в конструкции урановые элементы
1 – кумулятивный заряд;
2 – кумулятивная струя;
3 – фронтальная бронеплита блока защиты;
4 – тыльная бронеплита;
В рекламных проспектах на турбину AGT-1500 смело утверждалось, что возможен ее запуск при температуре окружающего воздуха -60°С. Может быть и возможен, но только не на танке «Абрамс». Опыт эксплуатации танков M1 отнюдь не Антарктиде показал, что уже при -32°С запуск ГТД считается рискованным – если с первого раза турбина не запустилась, то на второй уже не хватает емкости аккумуляторных батарей. Температура -43°С является критической – запуск возможен только при заряженных до номинала батареях, предварительно хранившихся в теплом. Учитывая сложности запуска турбины в холодную погоду, на М1А1 установлен вспомогательный энергоагрегат – малогабаритный дизель-генератор, предназначенный для выработки электроэнергии для подогрева батарей и питания электроаппаратуры танка при выключенной основной турбине. Дизель устанавливался далеко не на все танки. Поскольку изначально место в МТО не выделялось, энергоагрегат разместили в бронированном ящике, который весьма коряво навешивается непосредственно на кормовой бронелист корпуса.
Противотанковые боеприпасы 120-мм пушки М256
| Наименование боеприпаса | Выстрел | | Снаряд |
| | масса, кг | длина, мм | начальная скорость, м/с | масса, кг | бронепробиваемость, мм |
| БПС М827 | 18,7 | 884 | 1650 | 7.15 | 550 |
| БПС М829 | 18,7 | 935 | 1670 | 7.16 | 650 |
| КОС М830 | 24,45 | 980 | 1140 | 13.5 | 540 |
Танк M1 А1 оснащен новой фильтро-вентиляционной установкой с автоматическим включением, которая создает избыточное давление в танке (коллективная защита экипажа от ОМП) и обеспечивает подвод очищенного воздуха к индивидуальным маскам членов экипажа, раннее «Абрамсы» имели только индивидуальную систему защиты от ОМП. Система коллективной защиты работает только при включенной турбине и всех закрытых люках танка. Система наддува внутреннего объема танка включается не только при радиологическом или химическом заражении, но и при стрельбе из спаренного с пушкой пулемета, в этом случае ФВУ удаляет из боевого отделения пороховые газы.
Установка дополнительной бронезащиты, более тяжелой пушки и новой ФВУ привело к увеличению массы танка на 2,6 т. В результате пришлось усилить трансмиссию, бортовые передачи и ходовую часть, а также установить более мощные приводы наведения орудия и разворота башни. В конструкцию трансмиссии внесены изменения по результатам эксплуатации танков M1. Увеличено с 21 до 24МПа давление рабочей жидкости в гидроамортизаторах опорных катков.
Новый комплект ОПВТ позволяет танку преодолевать водные препятствия глубиной до 4 м. Он устанавливался только на так называемые «единые» М1А1, адаптированные под требования корпуса морской пехоты США, но поступавшие на вооружение как КМП, так и армии.