Технический проект 653 АПЛ был разработан в СКБ-143 под руководством М.Г. Русанова. Корабль должен был иметь двухкорпусную архитектуру. Прочный корпус АПЛ пр. 653 предполагалось изготовить из ударостойкой стали с высоким пределом текучести АК-29 (толщиной 25-35 мм). Он был принят в форме цилиндра, а в оконечностях – в виде усеченных конусов. Он делился плоскими водонепроницаемыми переборками, рассчитанными на давление 10 кг/см2 , на восемь отсеков. Оконечности ПК представляли собой сферические поверхности штампо-сварной конструкции. Легкий корпус должны были изготовить из маломагнитной стали, и облицевать новыми нерезонансными резиновыми покрытиями НППРК-1М и НППРК-7. Благодаря увеличенному диаметру ПК на корабле использовали оригинальную компоновку ГЭУ: в четвертом отсеке размещались ППУ; в пятом отсеке – оба ГТЗА и один из АТГ; в шестом – второй АТГ и оба ГЭД, а также холодильные пароэжекторные машины. Такая схема сократила общую длину корабля примерно на 10-12 м, по сравнению с пр. П-627А. Наряду с улучшением кормовых обводов легкого корпуса и стабилизаторов, сокращение длины корпуса дало возможность сохранить такую же скорость полного подводного хода, что и у АПЛ пр. П-627А, при увеличенном почти на 1300 т нормальном водоизмещении.
В качестве ППУ в пр. 653 было решено использовать реактор ВМ-1М, являвшийся развитием реактора ВМ-А, принятого в пр. 627'А и пр. П-627А. Он имел систему автономного расхолаживания с теплообменниками и специальным насосом, более совершенные главные и вспомогательные насосы первого контура, новую, бесконтактную СУЗ «Экран» и т.д.
Оба ракетных контейнера располагались над прочным корпусом за прочной рубкой, параллельно друг другу, с размещением между ними ПМУ. Ограждение рубки было совмещено с обтекателями контейнеров и легким корпусом корабля, который, как следствие, имел увеличенный диаметр – 12,2 м. Обводы легкого корпуса плавно округлялись кверху, образуя ограждение рубки, контейнеров и ПМУ. Для обеспечения единого обтекателя и стартовых устройств была принята конструкция одного поворотного обтекателя на два контейнера. Их крышки, размещенные в кормовой части, в отличие от пр. П-627А, открывались не на борт. При повороте обтекателя на борт, у одного из контейнеров появлялась возможность открытия крышки, а затем вывода ракеты на лафет, также расположенный под обтекателем заподлицо с надстройкой. После вывода ракеты носовая часть лафета поднималась при помощи гидропривода выше среза контейнера, и в таком положении осуществлялся старт по курсу корабля.
