Каждый твердотопливный блок первой ступени имеет массу 584 т, длину 45,7 м, диаметр 3,71 м, среднюю тягу 12,4 МН (1200 Т), продолжительность работы 122 с. Масса орбитальной ступени 111 т, ее длина 37,3 м, высота по килю 17,3 м, размах крыла 23,8 м. Каркас и обшивка ступени изготовлены из алюминиевого сплава, теплозащита из композиционного материала «углерод-углерод», кварцевого волокна или специального войлочного материала (в зависимости от степени нагрева защищаемого участка). Основная двигательная установка состоит из трех кислородно-водородных жидкостно-реактивных двигателей с максимальной продолжительностью непрерывной работы 8 мин и общим ресурсом 7,5 ч. ЖРД рассчитан на 55 полетов. На ступени предусмотрены два ЖРД маневрирования тягой по 27 кН, работающих на четырехокисном азоте и монометилгидразине, и 44 ЖРД ориентации, работающих на том же топливе. ЖРД маневрирования обеспечивает довыведение ступени на орбиту после отделения внешнего топливного бака, коррекцию орбиты, сближение с другими орбитальными объектами и торможение для схода с орбиты. ЖРД ориентации работают как на орбите, так и при входе в атмосферу, пока не становятся эффективными аэродинамические поверхности. Орбитальная ступень оснащается комплексной системой навигации, наведения и управления, способной работать как в автоматическом, так и в ручном режиме. Пилоты используют ручки управления и педали.