Jautājums par baltu pirmvalodas precīzu stāvokli indoeiropiešu valodu saimē ir atkarīgs no viedokļa par baltu-slāvu pirmvalodu, par ko zinātnieku vidū nav vienprātības. Lai varētu apgalvot, ka pastāvējusi kopīga pirmvaloda, saskaņā ar galveno metodoloģisko principu šā jautājuma risināšanā baltu un slāvu valodas būtu jāvieno kopīgiem fonoloģiskiem vai morfoloģiskiem jauninājumiem. Šai ziņā divi galvenie argumenti par labu vienotai pirmvalodai ir baltu un slāvu valodu kopīgais mobilais uzsvars un līdzīgā divu zilbju intonāciju distribūcija. Piemēram, kā lietuviešu, tā krievu valodā vārdā galva uzsvars nominatīvā ir uz galotnes, bet akuzatīvā uz saknes, t. i., liet. galvà, kr. голова́, bet liet. gálvą, kr. го́лову; tāpat gan lietuviešu, gan serbohorvātu valodā vārdos draugs, trīs un vilks ir viena intonācija, bet vārdos duot, māte un vārna – cita, t. i., liet. draũgas, trỹs, vil̃kas un serbohorvātu drȗg, trȋ, vȗk, bet liet. mótė, dúoti, várna un serbohorvātu mȁti, dȁti, vrȁna.

Baltu valodu grupā ietilpst abas dzīvās austrumbaltu valodas – latviešu un lietuviešu ‒, kā arī senprūšu valoda, kas ir vienīgā drošā rietumbaltu valoda. Starp baltu valodām parasti tiek nosauktas arī vairāku citu baltu sentautu valodas – galindu, jātvingu, kuršu, sēļu u. c. –, bet par šīm valodām ir grūti spriest valodas pieminekļu trūkuma dēļ. Tāpēc arī uzskatus par baltu pirmvalodu ir drošāk dibināt uz minēto triju valodu datiem. Nav apšaubāms, ka abām austrumbaltu valodām bijusi kopīga pirmvaloda, taču nav skaidrs, vai ir pastāvējis vienotības periods arī ar senprūšu valodu. Šķietami jauninājumi, kas vieno visas trīs baltu valodas, bet neattiecas arī uz slāvu valodām, ir atrodami drīzāk morfoloģijā, nevis fonoloģijā. Par morfoloģiskiem jauninājumiem var uzskatīt, piemēram, nominālos un verbālos ē-celmus: latv. saule atbilst liet. saulė un senpr. saule, un pagātnes trešās personas formām liet. vẽdė un senpr. weddē no verba vest atbilst latviešu valodas izloksnēs sastopamā forma vede, kamēr literārajā valodā lieto jaunināto veda. Par kopīgu sintaktisku jauninājumu var uzskatīt to, ka visās trijās valodās verbu trešās personas forma attiecas gan uz vienskaitļa, gan daudzskaitļa subjektiem. Baltu pirmvalodas hipotēzes skeptiķi mēģina skaidrot šādas iezīmes kā kopīgus arhaismus, kas tādā gadījumā nepierāda nekādu īpašu radniecību, jo indoeiropiešu pirmvalodas mantojums ir kopīgs visām indoeiropiešu valodām.

Ņemot vērā, ka pirmvalodas jēdziens ir tīri teorētisks tādā ziņā, ka neviena tautas valoda nav pilnīgi viendabīga, bet tai vienmēr raksturīgas zināmas individuālas vai dialektālas variācijas, baltu pirmvaloda jāsaprot kā valoda, kas ir kalpojusi ģeogrāfiski saistītai cilšu kopienai, kuras locekļi savstarpēji spējuši sazināties bez grūtībām. Tomēr skaidras atbildes uz jautājumiem, kad, kur un kas runāja baltu pirmvalodu, vēl nav.

Ar zināmu drošību var apgalvot, ka balti, kā arī vairākas citas indoeiropiešu tautas, saistāmi ar tā saucamo auklas keramikas kultūru, kas, pēc arheoloģijas un ģenētikas dotumiem, izplatījās Ziemeļeiropā no Melnās un Kaspijas jūras stepēm 3. gadu tūkstotī p. m. ē. Nav droši nosakāms, kad tieši var runāt par atsevišķu baltu tautu, bet valodu, ko šie pirmie balti runāja, var dēvēt par baltu pirmvalodu. Balstoties uz skaidras baltiskas cilmes hidronīmiem, valodniecība var apstiprināt baltu sentautu aizvēsturisko klātbūtni Dņepras un Pripetes baseinos mūsdienu Baltkrievijā, Krievijā un Ukrainā, lai gan nav zināms, kurā laikmetā šie nosaukumi ir radušies. Spriežot pēc tā, ko vispār zinām par senindoeiropiešiem, senbaltu sabiedrība ir bijusi organizēta patriarhāli, viņi piekopa klejotāju dzīvesveidu un nodarbojās drīzāk ar lopkopību, nevis ar zemkopību.

Tātad baltu valoda šai periodā noteikti bija runāta valoda, ko raksturoja zināmas dialektālas variācijas, kas ar laiku kļuva intensīvākas. Kādā mērā sociālās atšķirības atspoguļojās valodā, nav zināms, kaut gan apzināta valodas politika, visticamāk, bija minimāla vai vispār neeksistēja. Baltu pirmvaloda pastāvēja, līdz iekšējās dialektālās atšķirības kļuva pietiekami nozīmīgas, lai kavētu sazināšanos dažādo dialektu runātāju starpā. Ar to sākās austrumbaltu un rietumbaltu pirmvalodu periods.

Baltu pirmvalodas, tāpat kā mūsdienu baltu valodu, fonoloģiju indoeiropiešu valodu kontekstā raksturo konservatīvisms. Agrīnajā baltu pirmvalodas attīstības pakāpē atrodami visi pieci no indoeiropiešu pirmvalodas mantotie garie patskaņi un četri no pieciem īsajiem patskaņiem.

Baltu pirmvalodas patskaņu sastāvā trūkst vienīgi īsā o, kas ir aizstāts ar īso a, līdzīgi kā ģermāņu un, visticamāk, arī slāvu valodās. Citas indoeiropiešu valodas saglabā atšķirību starp a un o: tā, piemēram, latīņu valodā atrodams axis ar a, bet oculum ar o, kamēr abiem atbilstošajiem vārdiem baltu valodās ir a – sal. latv. ass un acs, liet. ašìs, akìs, senpr. assis, ackis. Vēlo senindoeiropiešu valodas īso divskaņu skaits baltu pirmvalodā bija samazinājies uz pusi.

Baltu pirmvalodā arī īso patskaņu savienojumi ar plūdeņiem vai nāseņiem, t. i., ar al an am u. c., darbojās kā divskaņi. Pastāvēja vēl arī garie divskaņi vismaz vārdu beigās, t. i., āi āu ār āl u. c., lai gan pēdējie lielākoties vēlāk saīsinājās un saplūda ar īsajiem. Divskaņu oi un ou aizstāšana ar ai un au, iespējams, saistīta ar patskaņa o vispārīgo pāreju a skaņā, kamēr seno eu, liekas, vēl var atšķirt no au un ou pēc jotācijas esamības vai trūkuma. Šāda jotācijas atšķirība atrodama starp pagātnes ā-celmu un ē-celmu vienskaitļa pirmās personas formām, sal. lietuviešu ā-pag. kándau ‘kodu’ ar d, bet ē-pag. vedžiaũ ‘vedu’ ar dž. Līdzīga starpība starp kuôdu un vežu ir sastopama arī latviešu valodas izloksnēs, bet te divskanis vārda beigās ir saīsināts.

No tipoloģijas viedokļa nozīmīgi, ka baltu valodas attīstījušas zilbju intonācijas, kas ir atrodamas visās zilbēs ar gariem patskaņiem vai divskaņiem. Baltu pirmvalodā, šķiet, bijušas divas intonācijas ‒ lauztā un nelauztā ‒ un vārdu uzsvars bija brīvs, t. i., teorētiski jebkura zilbe varēja vārdā būt uzsvērta. Šis stāvoklis vislabāk saglabāts lietuviešu valodā, toties latviešu valodā sastopamas trīs intonācijas – lauztā, krītošā un stieptā ‒ un uzsvars ir pārsvarā atvilkts uz vārda pirmo zilbi. Intonācijas, iespējams, ieviestas, atlīdzinot tā saucamo laringāļu jeb h-skaņu zudumu: piemēram, latviešu valodas lauztā intonācija vārdā dzer̂t norāda, ka šis vārds drīzāk rekonstruējams kā *g^werH-ti-, nevis kā **g^wer-ti; toties krītošā intonācija vārdā dzìmt norāda uz *g^wm̥-ti-, nevis **g^wm̥H-ti.

Vissvarīgākā baltu pirmvalodas morfonoloģiskā iezīme ir raksturīgā patskaņu mija. Šī parādība ir mantota no indoeiropiešu pirmvalodas, un tās atliekas atrodamas arī citās indoeiropiešu valodās, piemēram, angļu tag. sing, pag. sang, pag. divd. sung ‘dziedāt’ un lietvārds song ‘dziesma’. Taču īpaši raksturīgi baltu valodām ir tas, ka šīs patskaņu atbilstības zināmā mērā attiecinātas arī uz jaunākiem atvasinājumiem, piemēram, patskaņu mija starp infinitīvu liet. gìnti (latv. dzĩt), tagadnes vienskaitļa pirmās personas formu liet. genù (latv. dzȩnu) un lietvārdu liet. gãnas (latv. gans) tiešā veidā atspoguļo apstākļus, kas mantoti no indoeiropiešu pirmvalodas, bet atvasinājumā latv. gaînît redzams sekundārs divskanis ai, kas šai saknē laikam ieviesies, atvasinot gaînît no dzĩt (senāk *giñt) pēc ràisît : rist parauga.

Arī attiecībā uz līdzskaņu sastāvu agrīnajā baltu pirmvalodā konstatējama vienkāršošanās. Bez jau minētā laringāļu jeb h-skaņu zuduma nozīmīgākās pārmaiņas kopš indoeiropiešu pirmvalodas laikmeta ir slēdzeņu aspirācijas un labializācijas zudums, kā rezultātā slēdzeņu fonēmu skaits samazinājās no piecpadsmit līdz astoņām.

Aspirācijas zuduma rezultātā b^h d^h g^h g^wh un ǵ^h saplūda ar b d g g^w un ǵ, un labializācijas zuduma dēļ – k^w g^w un g^wh saplūda ar k g un g^h. Tādējādi velāro līdzskaņu skaits samazinājās no deviņiem līdz četriem. Turklāt indoeiropiešu pirmvalodas palatovelārie līdzskaņi ḱ ǵ ǵ^h aizstāti ar svelpeņiem – latv. un senpr. s z, liet. š ž. Šis apstāklis tuvina baltu valodas citām t. s. satem valodām – armēņu, senpersiešu, kā arī sanskritam. Piemēram, vārds sir̂ds sākas ar s arī armēņu valodā, bet ar k t. s. centum valodās, kā latīņu un sengrieķu, sal. arm. sirt, bet lat. cor (ģen. cordis) un sengr. καρδίᾱ (kardíā). Bez minētajiem slēdzeņiem baltu pirmvalodā bija sastopamas arī citas līdzskaņu fonēmas: r, l, m, n, s, j un v.

Baltu pirmvalodai bija raksturīga apjomīga nominālo celmu locīšana. Lietvārdus un īpašības vārdus locīja trijās dzimtēs, trijos skaitļos un vismaz septiņos locījumos. Bez vīriešu un sieviešu dzimtēm tika lietota arī nekatrā dzimte, kas saglabāta senprūšu valodā, bet zudusi abās austrumbaltu valodās. Senprūšu valodā sastopami nekatrās dzimtes lietvārdi, kā assaran ‘ezers’ un meddo ‘medus,’ kas atbilst senslāvu jezero un sengrieķu μέθυ (méthu). Tika šķirts ne tikai vienskaitlis un daudzskaitlis, bet arī divskaitlis, kas visskaidrāk redzams lietuviešu valodas izloksnēs. Tajās atrodamas nominatīva-akuzatīva formas, kā (dù) výru ‘(divi) vīri’ un (dvì) rankì ‘(divas) rokas’, datīva formas kā dievám ‘(diviem) dieviem’ un instrumentāļa formas kā dievam̃ ‘(ar diviem) dieviem’. Sena divskaitļa galotne redzama arī latviešu literārās valodas daudzskaitļa datīvā-instrumentālī, piemēram, vārdos dìeviem, siẽvām. Mantotās daudzskaitļa galotnes sastopamas senajos rakstos un izloksnēs, kur lietotas formas kā dìeviems un siẽvāms. Pēc tradicionālā uzskata, indoeiropiešu pirmvalodā bija astoņi locījumi: nominatīvs, akuzatīvs, ģenitīvs, datīvs, ablatīvs, instrumentālis, lokatīvs un vokatīvs. Ablatīvs jau baltu-slāvu pirmvalodā pārņēma ģenitīva funkcijas un kļuva par to locījumu, ko šodien sauc par ģenitīvu. Austrumbaltu valodas turklāt raksturo sekundārie vietas apzīmējuma locījumi illatīvs, allatīvs un adesīvs, kas, visticamāk, radušies baltu kaimiņu ‒ somugru ‒ valodu ietekmē.

Pretstatā nominālās locīšanas konservatīvismam darbības vārdu locīšana kopš indoeiropiešu pirmvalodas ievērojami pārveidojusies. Seno tagadnes, aorista un perfekta celmu vietā sastopami tagadnes, pagātnes un nākotnes celmi. Baltu valodu tagadnes celmu tipi daļēji atrodami arī citās indoeiropiešu valodās: piemēram, a-celmam latv. dȩg, liet. dẽga atbilst skr. dáhati, ja-celmam latv. uôž, liet. úodžia atbilst sengr. ὄζω (ódzō) un n-celmam senpr. polīnka ‘paliek’ atbilst lat. linquō ‘atstāju.’ Citi tagadnes celmi toties šķiet īpaši baltiski, piemēram, sta-celmi, kā latv. dîgstu, liet. dýgstu, un ā-celmi, kā latv. saka, liet. sãko. Pagātnes veidošanai baltu valodās kalpo ā- un ē-celmi, sal. latv. kuôda, liet. kándau ar seno galotni *-ā, bet latv. dialektos vede, liet. vẽdė ‘veda’ ar *-ē. Skaidri ekvivalenti ārpus baltu valodām nav ne vienam, ne otram tipam, un, iespējams, abi ir vairāku gan mantotu, gan jaunieviestu kategoriju turpinājumi. Baltu valodu nākotnes celmu veido, pievienojot piedēkli *-sj-, *-s- vai *-si- pie infinitīva celma, piemēram, latv. duôšu, liet. dúosiu. Lai gan nākotne, visticamāk, nav mantota no indoeiropiešu pirmvalodas, bet vēlāka perioda jaundarinājums, ļoti līdzīgi atvasinājumi tomēr atrodami arī indoirāņu valodās, sal. sanskrita dāsyāmi ‘duošu’. Kā nominālajā, tā arī verbālajā locīšanā baltu pirmvalodā pastāvēja arī divskaitlis, kas ir vēl sastopams lietuviešu izloksnēs, sal. liet. nẽšava ‘(mēs divi) nesam’, nẽšata ‘(jūs divi) nesat’. Ar atšķirīgām galotnēm indoeiropiešu pirmvalodā izteica arī vidējo kārtu, bet baltu, kā arī slāvu valodās šo funkciju zināmā mērā aizstājušas darāmās kārtas galotnes ar pievienotu atgriezenisko vietniekvārdu.

Baltu valodu vārdu krājums sastāv gan no leksēmām, kas noteikti mantotas no indoeiropiešu pirmvalodas, gan no leksēmām, kas nav sastopamas citās indoeiropiešu valodās un kuru cilme nav noskaidrota. Starp mantotajām leksēmām ir, piemēram, latv. sùns, liet. šuõ, senpr. sunis, kam atbilst sanskrita śvā́ un sengrieķu κύων (kúōn), un latv. vĩrs, liet. výras, senpr. wijrs, kam atbilst sanskrita vīráḥ un latīņu vir. Specifiski baltiskas leksēmas ir, piemēram, latv. tȩ̃vs, liet. tė́vas, senpr. tāws un latv. zir̂gs, liet. žìrgas, senpr. sirgis.