2-й – аккумуляторный и жилой,
3-й – отсек центрального поста, 4-й – отсек вспомогательного оборудования,
5-й – реакторный отсек,
6-й – турбинный отсек,
7-й – электромеханический отсек,
8-й и 9-й – жилые отсеки и отсеки корабельных систем.
Корабль был оснащен атомной энергетической установкой с номинальной мощностью 35.000 л. е., включающей два водоводяных реактора ВМ-А по 70 мВт (размещенных последовательно друг за другом в диаметральной плоскости корабля в средней части корпуса) с парогенераторами (побортно от них) и два турбозубчатых агрегата 60-Д суммарной мощностью 35.000 л.с. Для АПЛ были разработаны специальные малошумные винты регулируемого шага (ВРШ).
Реакторный отсек оснастили железоводной биологической защитой, обеспечивающей радиационную безопасность экипажа. Имелось два дизельгенератора постоянного тока ДГ-400 (с дизелями М-820). Вспомогательные гребные электродвигатели обеспечивали движение со скоростью до 8 узлов.
Для повышения акустической скрытности лодки основное оборудование амортизировалось, применялись вибродемпфирующие покрытия, легкий корпус корабля также (впервые в мире на АПЛ) получил противогидролокационное покрытие. Однако, несмотря на принятые меры, по уровню шумов первый советский атомоход значительно превосходил своих американских аналогов.
Лодка оснащалась гидроакустическим вооружением, основу которого составляла гидроакустическая станция (ГАС) МГ-200 «Арктика-М», работающая в режиме шумо- и эхопеленгования. Антенна станции располагалась в передней части ограждения рубки. Кроме того, имелись ГАС обнаружения гидроакустических сигналов и звукоподводной связи «Свет», шумопеленгаторная станция «Марс-16КП» и гидролокационная станция обнаружения подводных препятствий «Луч».
Радиолокационное вооружение включало РЛС обнаружения надводных целей и управления торпедной стрельбой «Призма» и станцию радиолокационной разведки «Накат».
Средства радиосвязи были аналогичны использованным на ДЭПЛ проектов 611 и 613. Состав штурманского вооружения был дополнен навигационной системой «Плутон», обеспечивающей кораблевождение и использование оружия при плавании в пределах 80° северной и южной широт.
Торпедное вооружение размещалось в носовой части лодки. Оно включало восемь 533-мм ТА. Боекомплект – 20 торпед СЭТ-53 или 53-61МА. В зависимости от выполняемых задач существовали варианты загрузки. Впервые в советском подводном флоте обеспечивалась возможность торпедной стрельбы на глубинах до 100 м. Выработка данных для торпедной стрельбы обеспечивалась автоматом «Торий».