據現場專家介紹，主體為短粗的圓柱體的天宮一號，重量和神舟七號一樣，約為8噸，直徑比神舟飛船更大。因此，發射中心專門為天宮一號量身定做了組裝廠房。
實際上，天宮一號是一個空間實驗站的雛形，與人們熟悉的國際空間站（重達450噸）相比，這個8噸重的龐然大物到了太空中，也只能算是“小老弟”。
國際空間站是由13個艙組成的，天宮一號只有兩艙“相伴”。對天宮一號的模樣，人們已不陌生，其模型在2009年央視春晚第一次公開亮相后，曾多次在大型科技展覽上與公眾見面。它的主體為短粗的圓柱體，直徑比神舟飛船更大，前后各有一個對接口。兩艙分別為實驗艙和資源艙，實驗艙由密封的前錐段、柱段和后錐段組成，實驗艙前端安裝一個對接機構，以及交會對接測量和通信設備，用于支持與飛船實現交會對接。資源艙為軌道機動提供動力，為飛行提供能源。
天宮一號設計壽命是兩年，其最重要的功能是完成與飛船進行交會對接的試驗。對接口像一扇圓形的門，內部直徑約為0.8米，航天員可以通過這一扇門從飛船進入天宮一號。
航天員的生活必需品和工作所需的材料、設備均由飛船運送，載人飛船停靠在實驗室外邊，作為應急救生飛船。如果實驗室發生故障，可隨時載航天員返回地面。航天員工作完成后，乘飛船返回。
中國工程院張履謙院士曾向媒體透露，天宮一號里的配套設施，包括氧氣呼吸裝置、廢氣吸收裝置、防止空間的輻射照射裝置等，形成宇航員長期生活的各種條件。
