Автоматика пистолета ОЦ-33 построена по классической схеме, использующей энергию отдачи ствола со свободным затвором. При этом она сохранила оригинальность конструкции пистолета ОЦ-23.
После выстрела затвор перемещается назад (на 70 мм) и, натолкнувшись на массивный ствол, продолжает движение вместе с ним. Совместное движение затвора и ствола прекращается в крайнем заднем положении (примерно через 5 мм). После этого ствол и затвор под действием возвратных пружин начинают движение вперед. Ствол вскоре останавливается, а затвор возвращается в исходное положение, дослав при этом патрон в патронник.
Такая, на первый взгляд, сложная система позволяет разбить одно ударное действие «затвор—рука» на два коротких: вначале «затвор—ствол», а затем «ствол—рука». За счет промежуточного ударного действия массы затвора на массу ствола значительно снижается скорость движения механизма, при этом уменьшается отдача и, как следствие, увеличивается точность стрельбы (особенно автоматической).
Предохранитель надежно блокирует боек, затвор, курок и спусковой крючок, обеспечивая полную безопасность при обращении с заряженным пистолетом. Предохранитель может быть включен при спущенном и взведенном курке. Для стрельбы с обеих рук флажки предохранителя и защелка магазина выполнены с двух сторон симметрично.
Нерегулируемый открытый прицел состоит из целика и мушки. Они снабжены вставками, облегчающими прицеливание в сумерках. При необходимости к рукоятке пистолета может быть прикреплен приклад.
Двухрядный магазин емкостью 18 патронов установлен в рукоятке. В комплект пистолета входит магазин, рассчитанный на 27 патронов, несколько выступающий за пределы рукоятки.
Для уменьшения подбрасывания при стрельбе установлен газовый тормоз-компенсатор. При прохождении пули в канале ствола пороховые газы попадают в полость затвора-кожуха и отражаются вверх. Однако это простое и эффективное устройство увеличило длину пистолета и затрудняет стрельбу, когда оружие располагается близко от стрелка (например, при стрельбе от бедра).