В пулемете MG 81 использована схема механизмов автоматики, действующая за счет использования энергии отдачи ствола, при этом запирание канала ствола осуществляется, как и у пулемета MG 34, посредством поворота боевой личинки. Затвор состоит из двух частей: вращающейся затворной головки и двигающегося по прямой остова. Ствол и затвор перемещаются в корпусе в продольном направлении. В передней части ствольной коробки располагается возвратная пружина ствола, а в задней части — буфер затвора.
При выстреле ствол и затвор перемещаются назад до тех пор, пока пуля не покинет ствол. При этом головка затвора делает вращательные движения и расцепляется со стволом. Ствол возвращается в переднее положение, а затвор, продолжая движение назад, ударяется в буфер. Во время обратного хода гильза выбрасывается из патронника вниз, а лента сдвигается на одно звено. При движении вперед затвор извлекает из ленты новый патрон и досылает его в ствол.
Ударно-спусковой механизм позволяет вести только автоматический огонь. Но при определенных навыках из пулемета можно вести огонь и короткими очередями. Для перезаряжания и разряжания пулемет должен быть подключенным к электрическому устройству дистанционного управления, однако также предусмотрена возможность ручного перезаряжания и взведения.
Питание пулемета осуществляется из звеньевой металлической нерассыпной ленты с замкнутым звеном, составляемой из кусков по 50 звеньев. Часто используются ленты от универсальных пулеметов MG 34 и MG 42. Пулемет обладает весьма высоким темпом стрельбы — до 1600 выстр./мин. Стрельба ведется стандартными 7,92 мм патронами Маузера, подача ленты с патронами осуществляется как с правой, так и с левой стороны ствольной коробки.
Ствол пулемета помещен в металлическую оболочку с желобками для воздушного охлаждения. Первоначально его длина составляла 600 мм, но в дальнейшем была уменьшена, поскольку при установке пулеметов в качестве подвижного оружия из-за слишком большой длины ствола возникали затруднения при наведении оружия.