H-IIBロケット
タンクドームにはMHI広島製作所にて開発された大型スピニング成型ドーム(これまでボーイングのみ実用化)が採用され国産化されている。
推進系では、エンジン2基に対しタンク底部から2系統独立した推進薬供給配管を適用し開発リスクを低減、バルブやアクチュエータ等のコンポーネントは極力H-IIAと共用とした。エンジンカバーはアルミ合金製セミモノコック構造で、楕円形に2機をまとめて覆っている。
段間部はH-IIAロケットと同じ炭素繊維複合材ハニカム構造で、長さが短縮され(円錐台形状のアルミ合金製セミモノコック構造の段間部アダプタがあるため)補強も行われている。試験機では白色塗料の耐熱コーティングがされていたが、2号機以降は削除し黒色にすることで、軽量化による打ち上げ能力の向上を図っている。
第2段機体
LE-5B-2型ロケットエンジン(推進剤:液体酸素/液体水素)を1基搭載。基本仕様は14号機以降のH-IIAロケット第2段と共通であるが、フェアリングの大型化に伴う応力の増加に対応して外板部の一部が補強された。2号機では第2段機体の制御落下実験を実施致するため、機体の改修(タンク加圧用ヘリウム気蓄器追加、2段エンジン再着火信号回路遮断機能追加、搭載機器等の熱対策、制御落下シーケンスの追加等)を行った。
制御落下は、主ミッション終了したのちに第2段機体をより安全に処置することを目的とし、地球1周回後に種子島から確認できる約300秒間にLE-5Bエンジンのアイドルモード燃焼(推力3%)で第2回燃焼を60秒間行い、機体を南太平洋へ落下させる。