В передней части башни, влитой маске, устанавливались 2-фунтовая (в нашей литературе обычно упоминается как 40-мм, хотя английский калибр в 2 фунта соответствует 42 мм) пушка, 7,92-мм пулемет BESA (начиная с модификации Мк. IIА; на варианте Мк. II ставился 7,92-мм пулемет «Виккерс», кожух водяного охлаждения которого был прикрыт литой броневой маской), и телескопический прицел. Танки модификации «Матильда IIICS» оснащались 76-мм гаубицей. На крыше командирской башенки имелась стойка для зенитной стрельбы из пехотного 7,7-мм пулемёта «Брен». Кроме того, на части танков устанавливались мортирки для запуска дымовых мин калибра 101,6 мм. Боекомплект танка состоял из 92 артвыстрелов, 3150 патронов (14 лент) калибра 7,92 мм, 2800 патронов (100 магазинов) для пулемёта «Брен» и 8 дымовых мин.
Силовая установка танка, начиная с варианта Мк. III, состояла из двух 6-цилиндровых рядных дизелей «Лейланд» жидкостного охлаждения мощностью 95 л.с. при 2000 об/мин каждый. (На модификациях Мк. II и Мк. IIА — по два 6-цилиндровых дизеля АЕС мощностью 87 л.с. каждый.) Правый и левый двигатели не были взаимозаменяемы и различались расположением вспомогательных механизмов. Каждый из моторов, а также системы питания, смазки, охлаждения и агрегаты запуска были совершенно самостоятельны и работали независимо друг от друга. Для облегчения запуска при низких температурах окружающего воздуха двигатели снабжались эфирными карбюраторами, соединенными трубопроводами с прокалывающими пистолетами, расположенными на моторной перегородке. Там же находился ящик с эфирными ампулами.
Два топливных бака общей ёмкостью 225 л обеспечивали танку запас хода по шоссе 130 км. При этом двигатели, имевшие суммарную мощность 190 л. с, разгоняли 26-тонную боевую машину до максимальной скорости 25 км/ч.
На танке устанавливалось однодисковое сухое сцепление автомобильного типа. Ничего более мощного не требовалось, поскольку крутящий момент от двигателей передавался на планетарную коробку передач. Особенностью последней, как известно, является возможность включения передач торможением соответствующих шестерен, что исключает необходимость пользоваться для этой цели сцеплением. Поэтому приводы сцепления на «Матильде» отсутствовали, поскольку последние были постоянно соединены с трансмиссией. Необходимость в выключении сцепления возникала только при запуске двигателей. Эта операция осуществлялась с помощью ручного привода (на каждый двигатель), помещенного в боевом отделении на моторной перегородке.
В процессе эксплуатации танков был устранён ряд выявленных недостатков. В частности, усилено крепление двигателей, что позволило снизить вибрацию; более рационально размещены масло- и воздухопроводы; увеличена емкость топливных баков. Эти машины получили обозначение «Матильда IV». На танках «Матильда V» появился пневматический усилитель управления трансмиссией фирмы «Вестингауз».
Из этого перечня усовершенствований видно, что «матильды» разных модификаций внешне были абсолютно похожи. Даже «матильды» IIICS и IVCS, вооруженные 76-мм гаубицами, распознать можно было только с близкого расстояния, поскольку ствол гаубицы имел практически ту же длину, что и ствол 2-фунтовой пушки.
У танков с двигателями «Лейланд» выхлопные трубы выводились по обоим бортам корпуса, а с двигателями АЕС — только с левой стороны. Начиная с модели Мк. III на «матильды» устанавливалась радиостанция № 19, которую было легко отличить от более ранней № 11 по двум антеннам, а с Mk. IV на крыше башни размещали специальную сигнальную фару. Впрочем, и антенны, и фара выполнялись съемными, и после их демонтажа все «матильды» внешне вновь становились одинаковыми.