Google a annoncé que le but principal du service Google Talk est l'interopérabilité. Google Talk utilise Jabber (XMPP) pour fournir une messagerie instantanée extensible. Depuis janvier 2006, Google Talk permet les communications de serveur à serveur, et ainsi les utilisateurs de Google Talk peuvent parler aux utilisateurs d'autres serveurs Jabber publics du monde entier.
Le 15 décembre 2005, Google a publié libjingle, une bibliothèque libre écrite en C++ mettant en œuvre Jingle, un ensemble d'extensions à XMPP pour le support de la voix sur IP (VoIP), et à terme le transfert de fichiers et la vidéo (lien) entre autres (Jingle est un protocole d'initialisation de session multimédia).
Google Talk ne chiffre pas le flux Jabber, mais utilise à la place une manière non-documentée et non-standard de s'authentifier au service, en récupérant un jeton d'un serveur web sécurisé. Les clients autres que celui de Google doivent sécuriser leurs flux avec TLS avant d'envoyer le mot de passe, ce qui fait qu'ils restent chiffrés pendant toute la session. Google affirme que tous les messages (texte et son) seront chiffrés dans de futures versions (lien).
Les options configurables sont volontairement très limitées. Le client officiel propose la désinstallation du logiciel Gmail Notifier, dont il remplit les mêmes fonctions et ajoute de nouvelles options.
Google Talk propose, comme certains clients de messagerie instantanée, le support des thèmes de fenêtres de discussion. Pour cela, il utilise le même système de thème créé initialement pour Adium mais également utilisé par Kopete et par Skype pour Mac OS X. Ce système de thème est basé sur du XHTML et du CSS.
Enfin, depuis avril 2007, GoogleTalk peut être embarqué sur n'importe quelle page web, grâce à une ligne de javascript à placer dans la page en question.