| Главные размеры (наибольшие), м: | |
| — длина | 114.1 |
| — ширина | 11,4 |
| — осадка в крейсерском положении (средняя) | Около 8.0 |
| Водоизмещение нормальное, т | Около 6000 |
| Запас плавучести, в % от нормального водоизмещения | 28 |
| Глубина погружения, м | 300 |
| Скорость полного подводного хода, уз.: | |
| — при жидкометаллическом теплоносителе | 25-26 |
| — при водо-водяном теплоносителе | 22,5-23.5 |
| Дальность плавания, мили (при скорости, уз.) | 27000(9) |
| Экипаж, чел. | 100 |
| Энергетическая установка (тип) | ЯЭУ |
| Вооружение: | |
| — ракетное | |
| ракетный комплекс | д-з |
| пусковые установки (число х тип) | 3 х СМ- 73 |
| количество х тип ракет ЗхР-15 | |
| — торпедное | |
| торпедные аппараты калибра 533 мм | 4 |
| торпедные аппараты калибра 400 мм | 4(2 носовых, 2 кормовых) |
| — боекомплект | |
| торпеды калибра 533 мм | 4 |
| торпеды калибра 400 мм | 12 |
Еще на начальной стадии прорабатывались весьма оригинальные варианты размещения ракет в поворотных шахтах, которые «по-походному» находились в горизонтальном положении, а для боевого применения разворачивались вертикально. Рассматривался вариант перезарядки поворотной шахты, располагавшейся в горизонтальном положении, запасной ракетой из боекомплекта подводной лодки. Группой конструкторов был предложен вариант двухрядного размещения ракетных шахт, который мог быть реализован при диаметре прочного корпуса около 10 м. Но перейти к этой конструкции тогда не решились. Впоследствии именно по такой схеме были созданы все американские ракетные лодки и отечественные подводные корабли проекта 667 всех модификаций и проекта 941.
Прорабатывался также вариант старта ракеты Р-15 с работающим двигателем из-под воды.
В конце концов три ракетные шахты СМ-73 расположили вертикально в диаметральной плоскости в ограждении рубки (как и в проектах Д-1 и Д-2). Остойчивость в подводном положении достигалась за счет некоторого увеличения ширины легкого корпуса подводной лодки. Ракеты, как и на подводной лодке проекта 658, находились в рубке, имевшей весьма внушительные размеры. Длина ракетной шахты составляла 17 м, ее диаметр — 3 м. В отличие от Р-13, старт Р-15 предполагался непосредственно из шахты, без выдвижения ее над крышей ограждения рубки, но при этом лодка должна была находиться в надводном или позиционном положении.
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.
