ズムウォルト級ミサイル駆逐艦
船体
満載排水量は14,000t以上で、これは現在アメリカ海軍が唯一保有する巡洋艦であるタイコンデロガ級ミサイル巡洋艦よりも大きい。
本級は、非常に大胆な設計を採用していることで知られている。従来の艦艇では、上甲板から吃水線にむけて船体幅が絞られ、乾舷は外傾していたのに対し、本級では吃水線付近が最も幅広く、乾舷は船体内向きに内傾しているタンブルホーム船型を採用した。これは木造帆船時代に船体上部の重量軽減のために考案された船型であり、19世紀にも鋼鉄水上戦闘艦の登場時にも一部で採用された実績があったものの、第二次世界大戦期以降姿を消していたものであったが、ステルス性向上の必要から復活することになった。また、船首形状も、従来は波を乗り越える形状であったのに対し、本級は波浪を貫通する形状となっており、水面上より水面下の方が前方に突き出ている。広い船尾トランサムも1枚の単純平面で構成され、側面同様に内傾している。これらをあわせて、波浪貫通タンブルホーム船型（Wave Piercing Tumble Home hull form）と称されている。
アーレイ・バーク級ミサイル駆逐艦やフランス海軍のラファイエット級フリゲートのようなステルス性が重視されている艦は、前から見るとひし形のような形状をしているが、この場合水平方向からくるレーダー波は上部にあたると空に向かって、下部にあたると海に向かって反射され、直接もとの方向へ戻ってしまうことはない。しかし海に向かって反射された電波は海面で乱反射し、ある程度もとの方向へ戻ってしまう。DD(X)で採用したタンブルホーム船型は、水平方向からくる電波はほぼすべて空に向かって反射されるため、旧来のステルス性設計を凌駕する。艦船や航空機に搭載されているレーダー機器から発射される電波波長領域（2-18GHz, S-Ku Band）では、現在運用されているアーレイ・バーク級に比べ、レーダー反射断面積（RCS）が50分の1程度になるといわれている。
船体中央にデッキハウスと呼ばれる大きな上部構造物が設けられており、単純な平面で構成された壁面はいずれも内傾しているため、上部構造物は多角錐型になっている。煙突はこの上部構造物に収められていて、天井部に開口部があるだけである。炭素繊維などの複合材料で作られた壁面には多数の開口部が設けられて、同一平面を成した平面アンテナや電子光学機器の観測窓、信号灯が埋め込まれており、統合複合材料デッキハウス・開口（Integrated composite deckhouse & apertures、IDHA）と呼ばれている。他の艦では当たり前のはしごや手すり類、燃料補給ステーションなどの突起物は外面から見える位置には露出しない。艦橋の窓は、上部構造物前部のやや低い位置にあり、船室の窓は基本的に設けられない。
なお船体は内側と外側の二重の側壁を備えており、二重船底と合わせて、後部の一部を除く船体は二重船殻を形成している。
機関
本級は、アメリカ海軍の水上戦闘艦としては初めて統合電気推進（IPS）方式を採用している。これは、電気推進に用いるための電力と、艦船内の他の用途（兵器や電子機器、その他船内サービス用）の電力の電源を共用化する技術であり、高度な電力制御技術と高性能の電動機が必要とされるものの、電力配分・機関運転の適正化や維持コスト低減、水中騒音の抑制など多くの利点がある。本級の場合、電源はいずれもガスタービン発電機とされ、主発電機としては出力35 メガワット (47,000 hp)のロールス・ロイス マリン トレントMT30が2基、補助発電機としては出力3.8 メガワット (5,100 hp)のRR450が2基、搭載されている。現状では、所要の電力量は主発電機1基のみで充足可能であり、将来的には、大電力が必要なレールガンの搭載にも対応可能とされている。
推進機構としては、出力34.6メガワット (46,400 hp)のAIM電動機（Advanced induction motor、先進誘導電動機）2基によって推進器2軸を駆動する。また3番艦では、AIMにかえて、より小型で先進的な米アメリカン・スーパーコンダクター社（AMSC）製 高温超伝導（High temparature superconductor, HTS）モーターに変更される予定となっている。
装備
ズムウォルト級では従来までのようなマストは廃止され、ほとんどのアンテナも、上記のIDHA式上部構造物の傾斜壁面に固定式で取り付けられている。唯一例外の通信・電子戦用の回転式小型アンテナも上部構造物の上面前部に傾斜角を揃えた選択電波透過性の角型レドームに収められている。
C4ISR
本級においては、戦闘指揮所（CIC）を発展させたSMC（ship's mission center）が設置される。これは従来のCICの機能のほか、主機操縦室や群司令部指揮所（TFCC）の機能も包括したもので、2層分の高さが確保されている。本級のC4Iシステムは、艦内すべてのシステムをネットワーク連接した「全艦コンピュータ環境」としてTSCEI（Total Ship Computing Environment Infrastructure）と呼称されている。次世代アメリカ海軍戦闘艦の標準型戦闘システムとなることを想定し、イージスシステムの完全オープンアーキテクチャ版を目標に、SSDS Mk.2のソフトウェア資産等を活用して開発されている。
主レーダーとしては、Xバンドを使用する多機能レーダー（MFR）であるAN/SPY-3が搭載される。これはアクティブ・フェイズド・アレイ（AESA）式の固定式アンテナ3面による全周監視を可能としており、精密目標追尾・識別および射撃指揮のほか、遠達性に劣るXバンドを使用するにも関わらず、従来のイージス艦に搭載されているSバンドのAN/SPY-1を凌駕する広域索敵能力を備えているとされている。当初計画では、これを補完する広域捜索レーダー（VSR）として、SバンドのAESA式レーダーであるAN/SPY-4も搭載される予定であったが、システム開発とコスト上昇の問題に直面し、こちらは中止された。
一方、ソナー・システムとしては、AN/SQQ-90統合水中戦闘システム（IUW）が搭載される。これはアーレイ・バーク級フライトIIAのAN/SQQ-89(V)15をもとにした統合システムで、艦首のバウ・ドーム上側には高周波の障害物回避ソナーであるAN/SQS-61が、下側には中周波の対潜探知用ソナーであるAN/SQS-60が設置されるが、これらの制御は統合されており、米海軍初のデュアル・バンド・ソナーを構成する。また艦尾からはAN/SQR-20多機能式曳航ソナー（MFTA）が展開される。
ミサイル
ミサイルは、二重船殻の間隙部に装備するMk.57 VLS（PVLS：Peripheral Vertical Launch System）に搭載される。これらは外殻と内殻の間に装備することで、被弾によって自艦のミサイルが誘爆した場合でも、その被害を局限化するように考慮されている。
運用するミサイルとしては、当初は、区域防空用のESSM、広域防空用のスタンダードSM-2、ミサイル防衛用のスタンダードSM-3、対地攻撃用のトマホーク、対潜戦用の垂直発射式アスロック（VLA）などが計画されていた。しかしシステム開発とコスト面の問題に直面し、搭載兵器リストからVLAは削除され、広域防空・ミサイル防衛能力も見送りとなっている。
装備要領としては、当初は128セル前後を主砲とヘリコプター甲板の両脇付近に装備する予定と言われていたが、2011年現在、内殻と外殻の間には4セルを1単位とするPVLSを前甲板左右舷に各6基、後部のヘリコプター甲板左右舷に各4基の合計20基、80セルを搭載する。ESSMは細身であるため1セルに4発まで装填できる。よって、セル数以上の搭載数となる。
なお、計画当初は艦尾などの船体内に3連装短魚雷発射管を搭載する計画もあったが、2013年の時点では、魚雷防御システムの後日装備余地が確保されているのみとなっている。
砲
主砲としては、単装の155mm先進砲システム（AGS）が2基搭載される。SC-21計画時任務要求以来、本級では海上火力支援（NSFS）任務への対応が要求されてきたが、本砲はその目玉となる装備といえる。非誘導の弾道型長射程砲弾（ASuWP）使用時で最大射程41〜44km、GPS/INS誘導・ロケット補助推進を導入した長距離対地攻撃砲弾（LRLAP）使用時で最大射程137km以上（平均誤差半径20〜50m）を発揮できるとされており、搭載弾数は砲1基あたり304発である。しかし、2016年11月に米海軍はLRLAP調達をキャンセルすることを決定したと発表した。また上記の通り、将来的には電磁レールガン（EMRG）への換装も視野にいれているとされているが、こちらはまだ構想段階である。2006年10月段階でのレールガンの開発計画では2016年に海上試験を行い、実用砲の完成は2020-2025年とされていた。
またこれを補完して近距離の対水上・対空射撃を行うため、Mk.110 70口径57mm単装速射砲も2基搭載される予定であった。これはスウェーデンのボフォースMk.3をユナイテッド・ディフェンス社が国産化したもので、CIWSとしての性格もあることもあって近接砲システム（Close in gun system、CIGS）と呼称される。沿海域戦闘艦（LCS）及びアメリカ沿岸警備隊のカッターでも採用が決定しているが、これらでは従来通りの低体積砲塔が採用されていたのに対し、本級搭載のステルス砲塔では、射撃しないときには砲身に俯角をかけて砲塔内に格納するという思い切った手法によりステルス性を確保している。しかし2014年には対舟艇用の30mm機関砲に変更されCIWSは搭載されないことになった。
電子戦
電子戦装置としては、従来のAN/SLQ-32に替えて、米ノースロップ・グラマン社が開発中のMFEW（Multi Function Electronic Warfare）システムを搭載する計画である。このシステムのアンテナも、レーダーと同様に平板型で構成されている。
また指向性エネルギー兵器として自由電子レーザーを用いた兵器の搭載が検討されており、ボーイング社によって研究開発が進められている。
艦載機
後部にヘリコプター格納庫と広い甲板を備えている。有人ヘリコプターであるMH-60R シーホーク2機、またはMH-60R シーホーク1機と無人航空機（UAV：Unmanned Aerial Vehicles）のMQ-8 ファイアスカウト3機を格納庫内に収容可能である。
ヘリコプター甲板は広く、より大型なヘリコプターでも発着は可能であると示唆された。
艦載艇
7m級の高速型複合艇（RHIB）が2艇、船尾のヘリコプター発着甲板下に格納されており、艦尾の扉から発進・回収が行えるようになっている。後続艦には11m級RHIBが搭載される予定である。