元朝行省最初只是临时性的中央派出机构，到元世祖忽必烈在位后期，始基本定型，转变为常设的地方大行政区。但即使在行省完全定型并地方化之后，它仍然带有中央派出机构、或者说是中书省分支机构的性质。
“行省演化为地方最高官府，只是言其性质的基本方面”；“即使上述演化完成以后，行省仍长期保留着朝廷派出机构的某些原有性质，……并非纯粹的地方官府”（李治安《行省制度研究》），这就使得行省具有二元化的特点，这是其他朝代中央政府与地方政区关系所不具备的，这种特点使得行省既要服从中书省的制约又共同为元代统治服务。
中央控制
行省虽然“军国重事，无不领之”，但在实际操作过程中无不受到中央政府各方面的牵制与制约，故“有诸侯之镇，而无诸侯之权”（《历代名臣奏议》卷二七三“理财”门引赵天麟奏议）。
如在人事权方面，元代地方官吏的选用主要由中书省和吏部负责，行省几无任官和诠调权，在这方面远不如汉唐地方大员；在财政方面，行省只是充当了朝廷集中财赋的工具，所收取的财赋行省必须执行上供中央与地方留用七三分成的悬殊比例规定，行省还有义务遵照朝廷的命令，额外提供钱谷，以弥补中央财赋支出的不足；在军事方面，行省不能独立行使军权，军权掌握在中央的枢密院；在司法方面，朝廷也对行省制定了严格的规则典制，不能逾越。
内部牵制
行省内部权力的相互牵制有利于中央集权，元代行省内部实行的是群官负责和圆署会议制，即通过行省官员集体开会共同负责，各官员之间既有所分工、互相配合又互相牵制，每个行省官员都不可能独立行使权力，而要受到其他同僚的协助或制约。同时中央在行省也构制了监察行省、防范其擅权坐大的特殊机制。如江南、陕西行御史台的设置及其与二十二道廉访使司所构成的地方监察网络，是元代地方监察的创举，从而正有效的起到了加强中央集权的作用。
大权归属
作为民族统治的得力工具，元朝行省主要由蒙古、色目官员掌握权力，以最关键、最敏感的统军权为例，行省官员中只有平章以上得掌军权，而平章以上又不准汉人担任，通常只能由蒙古、色目贵族担任，“虽德望汉人，抑而不与”（《元史》卷一八六《成遵传》），这些人更多地是元朝中央集权统治的忠实维护者，很难成为地方割据势力的代表。
因为作为一个异族身分、文化背景迥然不同的行省长官，即使大权在握，也很难想象他会策动汉族或者能够策动汉族搞分裂。总之，元朝统治的民族色彩，在很大程度上决定了行省主要代表朝廷的意志和利益行事，成为中央控制地方的得力工具，而不会走向中央的对立面。
所以在理解元朝行省制度的时候，不能完全从汉族社会历史发展的自然趋势去解释，而更要从当时特殊的历史环境、从蒙古统治集团特有的统治意识当中寻找原因。这就是为什么元代行省制度起到了巩固统治的作用而到了明初朱元璋仍然将其权力一分为三的原因了。
行省划分
从元代开始，行省区划主要以中央军事控制为目的，采取“犬牙交错”的原则，任意将本地自然、人文和社会环境差异极大的地区拼成一个省级行政区，削弱地方的政治、经济、文化认同感，人为地造成犬牙交错和以北制南的局面。这种划分行政区域的方法自然就加强了中央集权，客观上也促进了各族人民之间在经济、政治与文化方面的交流。
