Несмотря на то, что её мифологические мотивы не засвидетельствованы в письменной форме — поскольку носители праиндоевропейского языка жили в дописьменном обществе — исследователи при помощи сравнительной мифологии реконструировали некоторые общие черты данной религии, унаследованные более поздними традициями носителей индоевропейских языков.
Протоиндоевропейский пантеон включал в себя ряд божеств, чьи имена были реконструированы на основе более поздних теонимов. К этим божествам традиционно относят: *Dyḗws Ph₂tḗr, бога дневного неба; его супругу *Dʰéǵʰōm, Мать-Землю; его дочь *H₂éwsōs, богиню рассвета; его сыновей Божественных Близнецов; и *Seh₂ul, солнечного бога или богиню. Некоторые божества, такие как бог погоды *Perkʷunos или бог-пастух *Péh₂uson, засвидетельствованы в гиппотетических европейских и греко-арийских традициях
Некоторые мифы надежно датируются протоиндоевропейскими временами, поскольку они содержат как лингвистические, так и тематические свидетельства унаследованного мотива: например, история про связанную с громом мифическую фигуру, убивающую многоголового змея, чтобы выпустить потоки воды, ранее сдерживаемые змеем; миф о сотворении мира с участием двух братьев, один из которых приносит в жертву другого, чтобы создать мир; и, вероятно, вера в то, что Потусторонний мир охраняется сторожевым псом и попасть в него можно только переправившись через реку.
Существуют различные школы мысли относительно возможных интерпретаций реконструированной протоиндоевропейской мифологии. Основными мифологиями, используемыми в сравнительной реконструкции, являются индоиранская, балтийская, римская и скандинавская, часто поддерживаемые свидетельствами кельтской, греческой, славянской, хеттской, армянской, иллирийской и албанской традиций.
Индоевропейским народам свойственны общие для племён всего мира мифологемы вроде мирового дерева и нечистого змея. Однако у индоевропейцев мировое древо связано с культом лошадей (Иггдрасиль — «скакун Одина» в Скандинавии; ашваттха, от корня ашва («конь») — название мирового древа в Индии).