Karahanlı Türkçesinde ünlüler, eski Türkçeye göre ve kendi dönemi içinde belli durumlar (dudak çekimi, ilerleyici ve gerileyici benzeşme gibi) dışında büyük bir değişim göstermez. Kapalı /ė/ ünlüsü ile birlikte toplam 9 ünlü bulunmaktadır; bėş, yėl, ėl, bėr-, ėk-, tė-, yėr gibi sözcüklerde kapalı /ė/ sesinin varlığı yazılardan takip edilmektedir.
Dönemde yuvarlaklaşma olayına Harezm ve Çağatay Türkçesinde olduğu gibi yaygın olarak rastlanmasa da, çift dudak ünsüzlerinin (b, p, m, v) etkisiyle bazı kelimelerde ikili biçimler halinde görülür. Örneğin vuçġa ~ avıçġa, evrül- ~ evr l-, sevül- ~ sevl-, mün- ~ mın- şeklindedir. Benzer şekilde, ilerleyici ve gerileyici benzeşmelerle ortaya çıkan bulıt ~ bulut, körküt- ~ körküt-, soğık ~ soğuk, unıt- ~ unut- gibi az sayıda yuvarlaklaşma örnekleri de mevcuttur.
Büzüşme olayı ise ulaç eki almış asıl eylemin üzerine iktidarlık çatısını kuran u- yardımcı eyleminin gelmesiyle oluşur; olumluda -u-, olumsuzda ise -uma-/-üme- biçimine dönüşür (örn. kaçumaz < kaç-u u-maz, yüyümedî < yiy-ü u-madı). Ayrıca 'ikegü' sözcüğü de ik + egü birleşmesiyle bu büzüşme olayına örnek teşkil eder.
Karahanlı Türkçesinde ünsüzler alanında en belirgin değişimlerden biri -b-, -b > -v-, -v- değişimidir (örn. ebür-, sevün-, avla-, ev, sav, suv). Bunun yanı sıra ç- ~ ş- değişimi ve özellikle geniş zamanın olumsuzunda görülen -z ~ -s değişimi (örn. bilmes sizler, bolmas, kelmes) dikkat çeker.
/d/ sesi metinlerde dal (d) veya zel (d) ile yazılmakta, bazen /y/ sesine de geçmektedir (bod ~ bod, kuduġ ~ kuduruk, adak, adır-, kod-, kayın, keyim). Kelime başındaki /b/ sesi ise içerisindeki /n/ ve /ŋ/ seslerinin etkisiyle gerileyici benzeşmeyle /m/’ye dönüşebilir (örn. beŋgü > meŋgü, buŋ > muŋ, buyan > muyan).
Az sayıda sözcükte metatez (yer değiştirme) görülür (buġday ~ budġay, yağmur ~ yamġur, konşı ~ koşnı). Ünsüz düşmesi olayında ise r > Ø düşmeleri (berk ~ bek, birle ~ bile, kurtul- ~ kutul-) metinlerde sıklıkla tespit edilmektedir.
Karahanlı Türkçesinde çok sayıda türetim eki bulunmaktadır. Addan ad türeten +aġu/+egü eki vücut adlarına gelerek karakteristik özellik bildirir (içegü, karnaġu). Topluluk sayı adları +(a)ġu(n)/+(e)gü(n) ile yapılır (biregü, üçegü). Küçültme ve sevgi bildiren +ç, +aç/+eç ile meslek adları yapan +çı/+çi (aġıçı, etükçi, temürçi) oldukça aktiftir.
Ortaklık ve eşitlik bildiren +daş/+deş (kadaş, karındaş, yerdeş), renk ve geometri şekil adları yapan +ġıl/+gil (başgıl, kırġıl, törtgel) ve sahiplik, olumsuzluk bildiren +lXg ile +sXz ekleri geniş bir kelime hazinesi oluşturur.
Addan eylem türeten ekler arasında geçişli ve geçişsiz fiiller yapan +A- (aşa-, tuza-, adna-), +(A)d- (kutad-, yokad-), +(A)r- (karar-, sarġar-) ve +la-/-le- (başla-, emle-) ekleri Türkçenin köklü yapım süreçlerini yansıtır.
Eylemden eylem türeten ekler arasında ettirgen ve edilgen çatılar öne çıkar. -ar-/-er-, -DUr- (açtur-, uktur-), -ġUr- (arġur-, todġur-), edilgen-dönüşlü -(X)l-, -(X)n- (alkın-, bezen-, sevün-) ve işteş -(X)ş- (kuçuş-, uruş-) ekleri eylemin anlam alanını genişletir.
Eylemden ad türeten ekler somut, soyut adlar ve sıfatlar üretir. -(X)g (arıġ, bıtig, keçig), -gA (bilge, kısġa), eylemi yapanı gösteren -(X)gçı (bıtigçi, satıġçı), -(X)nç (korkunç, ögünç, urunç) ve -(X)ndI (akındı, ekindi, süpründü) gibi ekler bu dönemin işlek yapım eklerindendir.
Dönemde düzlük-yuvarlaklık uyumu bakımından uyum dışı kalan kalıplaşmış ekler (örneğin -mIş, +nı, +DIn, +DI, +(s)I, -gıl/-gil) ve kelimeler (altun, bulıt vb.) Karahanlı Türkçesinin kendine has ses bilgisi özelliklerini oluşturur.