К орудиям «Нона» на базе 122-мм корректируемого снаряда «Китолов» создан аналогичный боеприпас калибра 120 мм — «Китолов-2». Осколочно-фугасный снаряд с дальностью стрельбы до 14 км имеет лазерную систему самонаведения.
Боекомплект САО состоит из 25 выстрелов: пять кумулятивных снарядов, 20 мин или снарядов в любых комбинациях. Помимо снарядов и мин в боекомплект входят 13 футляров с двумя полными зарядами на зарядных устройствах в каждом и два ящика с 20 пакетами пучков пороха для комплектации переменных зарядов. При длительной стрельбе имеется специальный лоток для подачи боеприпасов с грунта.
Орудие 2А51, разработанное под руководством Ю.Н.Калачникова в КБ Пермского машиностроительного завода под научным руководством А.Г.Новожилова из ЦНИИточмаша, является нарезным, казнозарядным и имеет необычную конструкцию, обусловленную применением боеприпасов безгильзового заряжания. Комбинированный полуавтоматический затвор 2А51 снабжен пластическим обтюратором пороховых газов — он же служит досылателем выстрела в ствол. Казенная часть ствола имеет специальный профиль для заряжания как снарядов, так и мин. Кстати, это — «ноу-хау», поэтому в техническом описании орудия нет разрезов ствола и казенной части. Досылка выстрела производится не механическим досылателем, как в обычных пушках и гаубицах, а сжатым воздухом. Кроме того, сжатым воздухом продувается ствол для удаления остатков пороховых газов при открывании затвора после выстрела. Для этого используются два баллона, установленные на передней стенке башни. Емкости баллонов хватает для досылки выстрела в камору, откидывания рамы в крайнее заднее положение и продувки канала ствола. Автоматическая зарядка баллонов производится от штатного воздушного компрессора системы запуска двигателя шасси.
Поскольку САО создавалось, в первую очередь, для ВДВ, в качестве базы был выбран бронетранспортер БТР-Д. 2С9 может перевозиться основными самолетами ВТА и десантироваться с помощью многокупольных парашютных систем и парашютно-реактивной системы ПРСМ-925. Использование шасси БТР-Д позволило облегчить проблему обучения экипажей, а также обслуживания и ремонта техники.
Корпус САО цельносварной, выполнен из алюминиевого броневого сплава максимальной толщиной 15 мм. В носовой части корпуса находится отделение управления с рабочими местами механика-водителя и командира. Перед люком механика-водителя размещены три прибора наблюдения ТНПО-170А, из которых центральный при необходимости заменяется на бесподсветочный прибор ночного видения ТВНЕ-4Б или прибор ТНП-350Б. Перед люком командира установлены два прибора ТНПО-170А и танковый перископ ТПК-2. В средней части корпуса расположено боевое отделение. Башня сварная, коническая, ее лобовой лист плоский. В башне установлены орудие 2А51, прицел 1П8, два прибора наблюдения ТНПО-170А и один — МК-4, электро- и пневмооборудование. В корме расположено силовое отделение, в котором находятся двигатель 5Д20-240, трансмиссия, водометы, топливные баки и другое оборудование. Скорость САО по шоссе 60 км/ч, на плаву — 9 км/ч.
Технические решения, примененные при создании 2С9, оказались настолько удачными, что позволили по программе «Нона» создать целую гамму орудий-минометов. Специально для сухопутных войск и морской пехоты было создано орудие 2С9-1 «Свиристелка». Оно отличалось отсутствием швартовочных узлов и увеличенным до 40 выстрелов боекомплектом. В 1986 году принято на вооружение буксируемое орудие 2Б16 «Нона-К», в 1990-м специально для сухопутных войск — колесное САО 2С23 «Нона-СВК». В середине 1990-х годов создан полуавтоматический казнозарядный миномет 2Б18 «Нона-М». Все эти системы унифицированы между собой, поскольку используют одни и те же боеприпасы и имеют нарезные стволы с одинаковым профилем нарезки.