日本90坦克拥有全面出色防护设计，但无奈重量太低始终捉襟见肘
日本90式坦克，研制时拥有世界一流的防护水平。
它方正的炮塔造型与豹二非常相似，车体与炮塔由钢板焊接而成，炮塔前方与车身正面安装了三菱重工的制钢厂研发的新型复合装甲，其余重要部位以间隙装甲加强。
90式坦克的复合装甲以两片冷轧含钛高强镀钢板，包夹纤维蜂窝状陶瓷夹层而成，两片外钢板内侧装有轻金属。
日本虽未公布90式坦克复合装甲的技术细节，由于日本拥有全球最先进的陶瓷科技，因此西方观察家给予90式坦克的装甲技术极高的评价。
90式炮塔正面仍维持早期型豹二的垂直造型，不是避弹性较佳的倾斜型，这降低了防护能力。
90式坦克的炮塔前方与车体之间存在了约20cm的开口，可能会形成防护死角。90式坦克的外型紧致低矮，减低了重量与被弹面积(车重仅50ton)。
与早期型M1相同，90式同样采用个人核生化防护装置，其进气口设于车体右侧，乘员透过通气管与面具从中央过滤机获得干净空气。日本研制厂商放弃全车加压式系统，是因为这类系统在实用上仍有问题，尤其是车体破损时没有防护能力。
90式的战斗室、弹药舱都设有自动化的灭火系统，采用不会伤害人体的二氧化碳作为灭火剂。
根据日方透露的信息，90式坦克的相关防护能力实弹测试，包括以另一辆90式的120mm44倍径滑膛炮在250m的距离上射击坦克正面，共发射高爆穿甲弹（HEAT-MP）三枚、翼稳脱壳穿甲弹（APFSDS）一枚，还用89式步兵战车用35mm机炮（使用穿甲弹）射击坦克侧面，155mm炮弹在坦克顶上10m处引爆，以及在履带下方引爆地雷。整体测试结果显示90式防护能力优秀，即便炮塔尾部弹舱被引爆，爆炸压力也从洩压板由上方导出车外，乘员生存性好。
然而，90式重量相对于美国M1、英国挑战者等西方主战坦克低了不少，因此虽然正面防御坚强，但侧面防御就相对薄弱，炮塔侧面前半部装甲厚度可能无法抵挡后期型的反坦克火箭，而炮塔侧面后半部到弹舱的厚度就更薄。