Beethoven führt die sogenannte thematisch-motivische Arbeit (d. h. die Verwendung von aufeinander bezogenen musikalischen Elementen und Fragmenten) zu einer nahezu jeden Takt beherrschenden Dichte und erreicht dadurch einen zwingenden Zusammenhang aller Partien. Der emotionale Gehalt seiner Sinfonien erfährt auf diese Weise vor allem in den Kopfsätzen eine intensivierte Kontrastierung, bisweilen eine dem tragischen Schauspiel verwandte Konflikthaftigkeit (v. a. in der 3. Sinfonie und 5. Sinfonie). Im Zuge dieser Dramatisierung des musikalischen Ausdrucks verstärkt Beethoven den Orchesterapparat um weitere Hörner (3 Hörner in der 3. und 4 Hörner in der 9. Sinfonie), fügte Posaunen (in der 5., 6. und 9. Sinfonie) sowie eine Piccoloflöte (in der 5., 6. und 9. Sinfonie) und ein Kontrafagott (in der 5. und 9. Sinfonie) hinzu und erweiterte das Schlagwerk um eine 3. Pauke sowie um Große Trommel, Becken und Triangel (9. Sinfonie). Weiter setzt er die Blechblasinstrumente vermehrt auch in melodischer Funktion ein, so z. B. die Hörner in der 3. oder die Posaunen in der 9. Sinfonie. In der 9. Sinfonie stellt er das Scherzo dem langsamen Satz voran, in der 5. Sinfonie verbindet er die beiden letzten Sätze, in der 6. Sinfonie die letzten drei Sätze (attacca). Die 6. Sinfonie erweitert Beethoven erstmals auf fünf Sätze und in der 9. treten im Finale außerdem Gesangssolisten (SATB) und Chor zum Orchester. Weitere Neuerungen betreffen die Satztechnik (durchbrochene Arbeit und obligates Akkompagnement), die Kühnheit der Harmonik, die Dehnung der Form im Kopf- oder Schlusssatz (v. a. der Durchführung und Coda, die oft zu einer Art „Schlussdurchführung“ wird) sowie das Zitieren vorangegangener Sätze im Finale (u. a. in der 5. und 9. Sinfonie). Die Spieldauer der einzelnen Werke liegt dabei zwischen circa 25 und 75 Minuten. Auch der Einbezug außermusikalischer Elemente in die Sinfonie geht weitgehend auf Beethoven zurück: In der 6. Sinfonie (Pastorale) bezieht er klangliche Naturereignisse ein (z. B. Vogelrufe im 2. Satz mit dem Titel Szene am Bach oder Gewitter und Sturm im gleichnamigen 4. Satz) und imitiert eine Dorfkapelle im 3. Satz. In der 9. Sinfonie verwendet er die explizite Textvorlage des Gedichts An die Freude von Friedrich Schiller für einen groß angelegten Vokalabschnitt mit Gesangssolisten und Chor im 4. Satz. Darüber hinaus werden musikalische Zitate aus den drei vorangegangenen Sätzen sowie die einleitenden Worte „Oh Freunde, nicht diese Töne!“ voraus geschickt. Diese von Beethoven initiierte Vokalsinfonik wird später von Felix Mendelssohn in seiner 2. Sinfonie (Lobgesang) sowie von Gustav Mahler in mehreren seiner Sinfonien fortgeführt.