デザインはジム・マーティン。第3シーズンより参加したプロデューサー兼脚本家のロナルド・D・ムーアにより発案され、スクリプト段階では「装甲した亀」のような形とされていた。元々、デファイアントのデザインは同作品に登場するドナウ級ランナバウトの改造、あるいは大型化したようなものが考えられていたものの、構想の初期段階でそれらが破棄された。その後、あえてそれまでの宇宙艦隊の艦船からは大きくかけ離れたようなデザインのものを採用することになり、異星人の貨物船として使うはずだったスケッチが、デファイアントのデザインのルーツとなった。なお、草稿では「ヴァリアント級」と呼ばれていたが、同時並行で企画中だったスタートレック:ヴォイジャーの主役艦U.S.S.ヴォイジャーの頭文字が「V」から始まるため、現在の「デファイアント」という名前に変更された経緯がある（なお、U.S.S.ヴァリアント自体は後に公式に登場している）。
タイプ18シャトルポッド：シャトル01を2機およびタイプ10シャトルクラフト「チャフィー」を搭載。その他、他の惑星連邦宇宙艦隊所属の宇宙船と同じく、脱出用ポッドも多数搭載されている。
防御に関しては通常の防御シールドの他に、デュラニウムの船体外部隔壁に断熱被膜塗装（アブレーティブ装甲）がなされている。アブレーティブ装甲は敵のビームの直撃を蒸発させ熱を拡散し被害を最小限に抑える装甲であり、シールドが消失した状態でもフェイザーの直撃にある程度耐えることが可能である。また、本来敵性国家であるロミュラン星間帝国から特例として技術供与された遮蔽装置を搭載している。遮蔽装置は船体を透明偽装する技術であるが、明らかにスパイや戦闘目的であるため惑星連邦はこの技術の開発を禁じ、所持していなかった。この遮蔽装置の使用は当初ガンマ宇宙域に限られていたが、ドミニオン侵攻後、アルファ宇宙域での使用も認められた。
戦闘を目的として作られたディファイアントの武装は非常に強力である。もっとも使用される武器はワープナセル先端（バサードラムスクープ横）に設置されたパルスフェイザーである。このフェイザーは主機エンジンであるクラス7ワープコアからのプラズマコンジットとメインフェイザー連結器が直結しており、出力が2倍近く向上している。さらに通常のビーム式フェイザーではなく、機関銃のように弾丸状のフェイザーを連射するパルス式のフェイザーであり単位時間当たりの破壊力が格段に大きい。なお、ディファイアントにはそれ以外にビーム式フェイザー砲が後方に4門、上面に8門、下面に6門ある。魚雷は反物質弾頭の光子魚雷マーク8とマーク9、真空エネルギー弾頭・量子魚雷を搭載している。
戦闘艦であるディファイアントは船体サイズに対して強力なクラス7のワープドライブを持つものの、そのワープコアのパワーはワープコイルだけでなく武器である主砲パルスフェイザーにも直結しているせいか、長時間にわたって安全に高速ワープをすることは不得手であるようである。そのため長期間の深宇宙探査を目的として設計されたU.S.S.エンタープライズDやU.S.S.ヴォイジャーのようにワープ9.6（光速の1909倍）やワープ9.9（光速の3053倍）といった速度で長時間航行している場面は見られない。DS9 149話「待っている女」では救難信号に答え最大ワープ速度で向かうも間に合わず、主要武器のパワーをワープエンジンや構造維持フィールドに迂回させてやっとワープ9.5にまで加速した。ただしこの強力なエンジンに限定的なバーストを行えば、瞬間的にはワープ9.982まで達することができる。同型艦のU.S.S.ヴァリアントにいたっては、通常の機関管理ではどうやってもワープ3.2を超える速度が出せなかったが、立ち会った士官候補生のノーグはオブライエンが50項目もの安全規約を無視したセッティングをして初めて問題を解決したことに触れ、ディファイアント級宇宙艦の扱いの困難さを示している（DS9 146話「過信」）。しかしながら通常速度における機動力はすさまじい性能を誇る（インパルスエンジンとスラスターの性能が高い）。小型で扁平な船体を活かし、するどい動きで敵艦のディスラプタービームを避け、巨大な敵艦の周囲やDS9の構造物の間を縦横無尽に旋回し、敵艦の死角から機関銃のようにパルスフェイザーを撃ち込み撃破していく姿はさながら戦闘機のようである。このような機動力はエンタープライズDやヴォイジャーには見られない。
(正の)ダイポールモード現象が発生すると、インド洋の西側にある東アフリカでは海水温の上昇により蒸発が盛んになり降水量が増加する。逆にインド洋の東側にあるインドネシアでは蒸発が抑えられるので降水量が減少する。両地域の大気の性質は、インド〜日本にかけてのモンスーンアジアの気象に多大な影響を持っているため、ダイポールモードによる大気の変化が伝播するとこれらの地域で異常気象を引き起こす。この現象はテレコネクション（遠隔相関）によってアジア各地の気候に影響を及ぼすと考えられている。フィリピンから中国南部、インドシナ半島からインド北部にかけては降水量が増加し気象庁気象研究所（当時）の新田勍により発見された太平洋・日本パターン（PJ）と呼ばれるテレコネクション機構により、日本を含む極東地域では降水量が減少し猛暑となるとされる。1994年の現象は北朝鮮の農業に大きな打撃を与えた。日本でも1994年、2001年、2006年、2007年、2008年、2010年、2012年などの猛暑はこの現象によりもたらされたとされている。また、モンスーン-砂漠機構によって地中海沿岸諸国の猛暑はこの現象と密接な関係があることがわかってきた。この猛暑はこれを抑えるべく北欧からのマエストロ、エテジアンなどと呼ばれる冷涼な風を招き、大気を不安定にして低気圧の発生を促す。こうして形成された大気擾乱はアジアンジェットと呼ばれる渦位の導波管を伝わって日本を含む極東域にたまり、対流圏全域に及ぶ等価順圧な高圧域を形成する。日本付近が猛暑になる場合には「鯨の尾」の高気圧パターンが存在することが経験的にわかっているが、最近の研究からダイポールモード現象によるテレコネクションはこの一因となると考えられている。