ПСС выгодно отличается от существовавших на то время подобных образцов (МСП, С-4М) более высокой скорострельностью, достигаемой благодаря уникальному самозарядному механизму.

Пистолет построен по схеме со свободным затвором, возвратная пружина размещена на направляющем стержне над стволом. Ствол пистолета состоит из двух частей – подвижного в продольной патронника и неподвижной нарезной части, непосредственно ствола. В момент выстрела, когда пуля выходит из гильзы и начинает врезаться в нарезы передней части ствола, давление пороховых газов, запертых в гильзе между толкающим пулю поддоном и донцем гильзы, начинает толкать гильзу вместе с удерживающим ее патронником назад. Вместе с ними начинает двигаться и затвор. После отката патронника на восемь миллиметров он останавливается, упершись в рамку оружия, а затвор, двигаясь по инерции, извлекает стреляную гильзу и выбрасывает ее. В это время патронник под действием своей возвратной пружины возвращается в переднее положение. В конце отката затвор «подхватывает» специальным выступом на своей внутренней поверхности патронник, и благодаря его добавочной массе, а также силе возвратной пружины патронника происходит плавное безударное торможение затвора, дополнительно снижающее звук работы автоматики. УСМ курковый, двойного действия, целиком позаимствован у пистолета ПМ. Ручной предохранитель размещен на левой стороне затвора, выполняет функцию рычага безопасного спуска курка. В конструкции предусмотрена затворная задержка, блокирующая затвор в заднем положении по израсходовании боеприпасов. Магазин однорядный, коробчатый на 6 патронов, размещен в рукоятке. Прицельные приспособления фиксированные, простейшего типа. Пистолет выполнен из стали, накладки щечек рукоятки – пластиковые.

Пуля патрона СП-4 пробивает бронежилет второй степени защиты, а так же стандартную стальную каску на дальности до 25 метров. Об эффективности на больших расстояниях говорить не приходится ввиду низких баллистических характеристик пули. Помимо прочего, применение патронов СП-4 является небезопасным, поскольку после выстрела в гильзе остается остаточное давление порядка 1100 кг/см2.