Le Polymoog dispose d'un clavier Pratt & Read de 71 touches sensible à la vélocité. Il est divisé en trois zones dont le volume peut être réglé séparément. Le registre et les formes d'onde des deux oscillateurs finement accordables sont programmables. Le LFO et le sample & hold peuvent moduler la hauteur du son (effet vibrato) et la forme d'onde rectangulaire. Un filtre résonateur à trois bandes (sorte d'égaliseur graphique), pouvant être réglé en passe-bas, passe-bande ou passe-haut vient compléter en bout de chaîne le classique filtre VCF moog passe-bas 24 dB/octave. Ce dernier peut être modulé par une enveloppe dédiée, l'oscillation basse fréquence (LFO) ou un circuit échantillonneur-bloqueur (sample & hold). L'utilisateur dispose de huit sons mémorisés (préréglés et prêts à l'emploi) nommés "cordes", "piano", "orgue", "clavecin", "funk", "clav", "vibes" et "brass" qu'il peut modifier entièrement à l'aide des nombreuses commandes du panneau de contrôle, en actionnant les boutons Var(iation). Lorsqu'un son est modifié, un point rouge apparait à côté du numéro affiché à l'écran.
Le Polymoog combine la technologie du synthétiseur et celle l'orgue électronique appliquée aux oscillateurs (division) pour obtenir une polyphonie totale. Contrairement aux synthétiseurs polyphoniques qui vont lui succéder rapidement à la fin des années 1970, tels que le Yamaha CS-80, le Sequential Circuits Prophet-5 ou l'Oberheim OB-X, le Polymoog ne dispose pas d'une véritable polyphonie sur toute la chaine du signal (le filtre et son enveloppe sont communs à toutes les voix), et ne peut pas non plus stocker les sons programmés par l'utilisateur. Les réglages personnels doivent en effet être refaits à la main quand c'est nécessaire, comme sur un Minimoog. Malgré son prix d'achat élevé de 5 295 $ et ses problèmes de fiabilité, le synthétiseur Polymoog a rencontré un certain succès auprès des musiciens de l'époque séduits par sa conception atypique et sa complémentarité avec le Minimoog ou autres synthétiseurs monophoniques. Sa polyphonie illimitée était considérée comme révolutionnaire lors de sa sortie initiale.
Deux modèles distincts de Polymoog ont été commercialisés : le 203a et le 280a. Le 203a est le modèle original sorti en 1975, c'est le plus complet (voir description au paragraphe précédent). Il porte initialement le nom de « Polymoog Keyboard ». Le modèle 280a sort trois ans plus tard, en 1978. Il s'agit d'une version simplifiée et « preset » du Polymoog 203a. L'introduction du nouveau modèle entraine un transfert de nom : le Polymoog 203a devient désormais « Polymoog Synthesizer », tandis que le modèle 280a récupère l'appellation de son prédécesseur : « Polymoog Keyboard ».
Les deux modèles sont similaires en apparence, ils partagent le même boîtier et le même clavier, mais le panneau de contrôle du 280a est bien moins fourni : sur la partie droite il n'y aucun bouton ni curseur, tandis que la partie gauche du panneau ne dispose plus que de quelques curseurs, ce qui donne à l'utilisateur des possibilités réduites sur le réglage du son, qui se limitent à la balance d'octave, à l'attaque de l'enveloppe et à la profondeur et la vitesse de modulation du LFO. En revanche le 280a embarque plus de presets que son ainé : "vox humana", "string 1", "string 2", "electric piano", "piano", "honky tonky", "clav", "harpsi", "brass" , "chorus brass", "pipe organ", "rock organ", "vibes" et "funk". Les deux octaves inférieures peuvent également être séparées pour jouer une tonalité de basse séparée, avec un certain contrôle sur cette tonalité via un filtre de basse dédié. Le contrôle du filtre des principaux sons prédéfinis sur le nouveau modèle n'est pas accessible par l'utilisateur autrement que via un contrôleur externe. Le Polymoog Keyboard 280a était moins cher que le Polymoog Synthesizer 203a (au prix de 3 995 $ en 1979). Le plus connu des préréglages du Polymoog Keyboard est "Vox Humana", qui n'est pas présent sur le Polymoog Synthesizer. Ce préréglage contribue notamment à la signature sonore des cordes électroniques dans l'œuvre de Gary Numan.
Un pédalier optionnel, le Polypedal (modèle 285a), étend les possibilités de contrôle du Polymoog. Il permet à l'utilisateur de basculer entre le déclenchement simple et multiple des enveloppes et les commandes de hauteur, de filtre et de maintien.
