Отличительной особенностью данной конструкции являлись продольная прочная переборка в месте соединения цилиндров вдоль всех отсеков и герметичная палуба. В поперечном сечении такой корпус имел форму положенной горизонтально восьмерки. Внутри корпус был разделен плоскими переборками на восемь отсеков. Благодаря такой конструкции удалось добиться и достаточной ширины лодки для обеспечения требуемой остойчивости, и снижения осадки, которая, тем не менее, достигала 7 метров.
Чтобы сохранить длину лодки в разумных пределах, все четыре дизеля поставили рядом, сгруппировав по два, причем каждая пара работала на свою линию вала. Через редукторы и разобщительные муфты дизели были связаны с электрогенераторами и компрессорами, расположенными в пятом отсеке. Главные механизмы (дизели, генераторы, электродвигатели и компрессоры) устанавливались на резинометаллических амортизаторах. Имелось устройство для работы дизелей под водой — шнорхель. Пять групп цистерн главного балласта, топливные танки и цистерны авиационного бензина были размещены вне прочного корпуса.
Система погружения и всплытия позволяла лодке уйти под воду в течение 70 секунд, чему способствовал и сравнительно небольшой для японского флота запас плавучести. Ангар для трех самолетов, имевший форму цилиндра (внутренний диаметр — 3,5 м, длина — 37,5 м) разместили над прочным корпусом в центральной части лодки. Ангар и сдвинутая к левому борту рубка имели общее развитое ограждение. Спереди ангар герметически закрывался мощной дверью-крышкой, открывающейся в сторону правого борта. Через люк в полу ангар сообщался с прочным корпусом, что позволяло начинать подготовку самолетов к старту еще до всплытия на поверхность. Тем не менее с момента всплытия подлодки в надводное положение и до подъема в воздух всех трех самолетов проходило не менее 45 минут.
Погреб авиационного боезапаса, располагавшийся в четвертом отсеке, вмещал четыре авиационные торпеды, три 800-кг и двенадцать 250-кг бомб.
Бортовой бомбардировщик-торпедоносец для I-400, разработанный фирмой Aichi, получил обозначение М6А1 Seiran. Это был поплавковый моноплан с рядным двигателем жидкостного охлаждения. Для размещения самолетов в ангаре были разработаны специальные стартовые тележки, которые могли передвигаться по рельсам, проложенным по полу ангара, а затем по треку катапульты. Тележка имела встроенный гидравлический подъемник, который позволял опускать самолет при закатывании в ангар и наклонять, придавая бомбардировщику дополнительный угол атаки в 3,5 градуса при установке его на пусковую позицию катапульты. В ангаре тележка фиксировалась на рельсах особыми зажимами, а на стартовой позиции зацеплялась за крюк силового поршня катапульты.
Поплавки самолетов хранились под палубой в двух герметичных цилиндрических контейнерах, по три поплавка в каждом. Поплавки крепились на тележках и попарно подавались на палубу по рельсам по мере необходимости. Перед ангаром в носовой части лодки была установлена специально спроектированная катапульта Тип 4, мод. 10, с длиной трека 27 м, углом возвышения 3 градуса и шириной колеи 1,2 м, рассчитанная на запуск самолетов массой до 5 тонн. Она обеспечивала разгон самолета до скорости 34 м/с и старт с перегрузкой до 2,5 д.
У левого борта был установлен складной 12-тонный подъемный кран, убирающийся в углубление палубы, который предназначался для приема на борт самолетов после их приводнения.
Кроме основного авиационного вооружения, лодка имела восемь носовых 533-мм торпедных аппаратов с запасом 20 торпед, кормовое 140-мм орудие и десять 25-мм зенитных автоматов — три трехствольных и одна одноствольная установки. Субмарина оснащалась радиолокационными станциями обнаружения надводных и воздушных целей. Чтобы снизить радиолокационную и акустическую заметность, легкий корпус лодки покрыли специальным каучуковым составом. Правда, несмотря на все принятые меры (применение резинометаллических амортизаторов, каучуковое покрытие). шумность лодок STo оставалась достаточно высокой.
Экипажу подводного корабля были обеспечены хорошие условия обитаемости, запасы пресной воды и провизии соответствовали автономности в 90 суток, хотя по запасам топлива подлодка могла находиться в море более 100 суток (дальность плавания экономическим ходом— 37 500 миль). Рабочая глубина погружения составляла 100 метров. Лодки STo строились в условиях чрезвычайной секретности, и принимаемые японцами меры увенчались успехом. Уже после войны американское командование было вынуждено признать, что появление японских подводных авианосцев было для него полной неожиданностью.
