櫻井ももを語る上で欠かせないのが、アイドル界随一と評される卓越した歌唱力です。プロデューサーの指原莉乃も彼女のピッチ（音程）の正確さと声量を絶賛しており、ノイミーの楽曲におけるサビの高音パートや落ちサビのハイライトには、決まって彼女の歌声が配置されます。
その実力を世に知らしめた象徴的なナンバーが、ソロ曲『ウルトラレアキッス』です。同曲は極めて速いテンポの中で、アニメソングのような高密度の歌詞と目まぐるしい音程の跳躍が続く難関曲。一般のシンガーでも生歌でピッチを保つことが難しい楽曲ですが、櫻井は激しいダンスを交えながらブレることなく音源以上の迫力で歌い上げ、音楽関係者やアイドルファンを驚愕させました。
音楽評論家や現場のボイストレーナーの分析によると、彼女の歌声の強みは「ミックスボイスの完成度の高さ」と「共鳴腔の使い方」にあります。地声の太さを損なわずにハイトーンへ移行できるため、感情がこもった力強いフレーズでも耳に心地よく響くのが特徴です。生演奏をバックにしたフェスや武道館公演など大舞台を経験するごとに、その表現力は年々凄みを増しています。
