HTVのメインエンジンとRCSスラスタとして初めて採用された時期がより遅いのは、エアロジェットとIHIエアロスペースのうち、どの会社の製品か?
推進モジュールには、軌道変更や姿勢制御のための推進装置を装備する。燃料(MMH:モノメチルヒドラジン)タンク2基、酸化剤(MON3:窒素添加四酸化二窒素)タンク2基、軌道変換用メインエンジン4基、姿勢制御用RCSスラスタ28基を装備する。実証機と2号機と4号機のメインエンジン(R-4D)とRCSスラスタ(R-1E)は、米エアロジェット社製であるが、3号機と5号機以降はIHIエアロスペース社製の国産品(メインエンジンはHBT-5、RCSスラスタはHBT-1)に置き換えられる。この国産エンジンへの切り替えにより、今まで使っていたエンジンとは特性が異なるのに対応するため、こうのとりのISSへの接近運用が多少変更されており、改めてNASAの安全審査を一部受審している。フェアリングは本来、H-IIBロケットに含まれる部分であるが、HTV打ち上げ時には専用の5S-H型を使用する。通常の5S型フェアリングより全長が長く、上部に1.4m四方のハッチがあり、HTVをフェアリングに収めた後も補給キャリアに入室でき、搭載試料や生鮮食料品などを打ち上げ直前にも搬入することができる(レイトアクセス)。レイトアクセスで搭載できるCTBの数は5号機で92個にまで増加し、他国の輸送船と比較してもHTVが最大の能力となっている。