第一节
战神一号运载火箭的第一节为可重复发射的固态辅助火箭，较航天飞机的固态辅助火箭(SRB)为大。航天飞机的辅助火箭为四段式，战神一号运载火箭则有五段，推力较大且推进时间也较久。
其他修改如将移除联结航天飞机外部燃料槽(ET)的支架也将固态辅助火箭的鼻锥改为承接第二节的液体燃料槽，改良后的火箭将于联结处装备固态燃料分离引擎，于第二节引擎点火前将一二节分离。
第二节
战神一号运载火箭的第二节推进动力是J-2X火箭引擎，燃料是液态氢及液态氧(LOx)。在2007年7月16日,美国国家航空航天局宣布由洛克达因为J-2X火箭引擎的地面测试和试验飞行的公司，也是唯一一家签署J-2X引擎的公司。
原本美国国家航空航天局打算使用航天飞机主引擎当第二节，但由于价格高昂(每颗引擎$5.5-6千万美元),如果重新设计引擎，也要经过地面及真空测试;再者，第二节是不可重复使用的，所以决定使用J-2X火箭引擎，最重要的是其价格低廉(每颗引擎$2千万美元),而且只要改良，不必重新研发。
虽然J-2X火箭引擎是从现有的引擎改良，燃料供应系统却是全然新的。原先计划由航天飞机外燃料槽的内部结构进行修改，以"内槽"的方式分开燃料槽及氧化剂槽。最后使用阿波罗时期的概念，并不用内槽结构来减轻重量，而是在两个槽间以隔壁隔开。
现今的设计，使用简约的方式增加推进剂容量:以隔板隔开的燃料槽可装载297,900磅(约135吨)。较重的燃料可降低第二节引擎点火时的瞬间加速度，仅0.6G。
第二节的顶端将装配载人的猎户座太空船，下发也装设有类似农神一B运载火箭及农神五号运载火箭的推进系统，能在火箭飞行时控制第一及第二节的翻滚。
战神一号运载火箭的第二节也和航天飞机的外部燃料槽使用相同的泡绵绝缘体，可隔绝低温推进剂受热，且肯尼迪航天中心的气候潮湿，同样的绝缘材料也用在哥伦比亚号航天飞机上，但被绝缘材料的破片击中，造成返航时烧毁，然而战神一号运载火箭不会有此危险。
在2007年8月28日,美国国家航空航天局宣布与波音公司签约设计战神一号运载火箭的上面级。上面节将由美国国家航空航天局的密乔零件装配厂负责制造，即现今帮美国国家航空航天局制造航天飞机液态氢/液态氧燃料槽的一个装配厂。此装配厂在1960年代即建造农神五号运载火箭的S-IC节，当时属于波音公司的厂房。
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