蔡幸娟的歌声听起来很空灵，像小时候听过的儿歌，高音部分特别清脆，中低音温柔，适合唱《小螺号》这种轻快歌。她唱的时候会突然停顿，然后接高音，这样听起来特别有感染力。网上有视频显示她翻唱《魔女宅急便》时，前奏钢琴声和她的副歌配合得特别自然，像在讲故事一样。还有人说她唱《美少女战士》主题曲时，气息控制得很好，尾音能拖到两秒以上，但偶尔会跑调，这可能跟年龄有关。

她能红到1980年代末，跟她的声音条件分不开。根据音域测试视频，她的音域跨度约4个八度，高音E4到C5，中低音稳定在E2到G4之间。但奇怪的是，她在唱《春天在哪里》时，低音区共鸣位置偏前，导致音色不够圆润，这点在专业评审里有提到。比如有乐评人分析，她长期唱童谣导致声带闭合不够紧密，所以高音区容易泛音，但这也让她的声音自带童真感。还有网友发现，她唱《七色堇》时，每句结尾都会用气声处理，这种细节处理在同期女歌手里很少见。不过也有翻唱者吐槽，她唱快歌时容易抢拍，比如《小星星变奏曲》第三段，节奏点总比伴奏慢半拍，这可能跟她的演唱习惯有关。