Лодку проекта 639 планировалось оснастить двухреакторной главной энергетической установкой и двумя гребными винтами.
В электроэнергетической системе впервые в отечественном подводном кораблестроении решено было использовать переменный ток. Применение в качестве основного постоянного тока на атомных подводных лодках (АПЛ) первого поколения, с одной стороны, диктовалось использованием освоенного промышленностью оборудования, а с другой — наличием на АПЛ первого поколения «навешенных» турбогенераторов. При уменьшении хода и при реверсах главной турбины электросеть необходимо было переключать на питание от аккумуляторной батареи. Однако было очевидно, что будущее за энергосистемой на переменном токе, так как его электроприводы отличались большей надежностью, были проще в эксплуатации, а также имели меньшие массогабаритные характеристики. Кроме того, на АПЛ проекта 639 требовалось увеличить мощность генераторов в 2,4 или в 1,9 раза (в зависимости от варианта атомных реакторов), создать которые в приемлемых габаритах при сохранении постоянного тока не представлялось возможным.
Прочный корпус намечалось изготовить из новой высокопрочной стали. Предполагалось также вдвое увеличить рабочее давление в системе воздуха высокого давления (ВВД), что позволяло создать запас воздуха, необходимый для всплытия подводной лодки с глубины с одним затопленным отсеком.
Согласно проекту, подводная лодка проекта 639 как носитель ракетного комплекса Д-3 включала следующие отсеки (от носа к корме): 1-й — носовой торпедный отсек, 2-й — жилой отсек, 3-й — центральный пост, 4-й — отсек ракетного вооружения с тремя ракетными шахтами, 5-й — реакторный отсек, 6-й — генераторный отсек, 7-й и 8-й — отсеки механической установки, 9-й — кормовой торпедный отсек.
| Стартовая масса, кг: | |
| — ракеты | 18500 |
| — ракеты со стартовыми двигателями | 21500-22000 |
| Габаритные размеры, м: | |
| — длина ракеты | 15,1-15,5 |
| — диаметр | 1,4–1,56 |
| — размах стабилизаторов | 2.8 |
| Тип двигательной установки | Пятикамерный ЖРД |
| Скорость полета макс., км/ч | 5000 |
| Тип системы управления | Инерциальная |
| Максимальная дальность стрельбы, км | 900-1100(1000) |
| Тип специальной головной части | Ядерная, моноблочная |
| Органы управления и стабилизации | Четыре поворотные камеры двигателя и аэродинамические стабилизаторы |
| Тип старта | Из ШПУ с помощью стартового двигателя |
| Условия боевого применения БРПЛ по глубине старта | Надводное позиционно-стрельбовое положение |
| Время пуска одной ракеты, с | 90 |
| Время залпа из трех ракет, мин |
