Le J-2 est un moteur cryogénique, c'est-à-dire employant des Ergol hautement énergétique à savoir l'hydrogène et l'oxygène liquide.
Le couple assure un vitesse d'éjection de 3 900 m/s produisant une poussée à vide de 105,5 tonnes.
Les turbopompes assurent l'alimentation en LH2 et LOX. Le fait d'augmenter la proportion de LH2 permet de disposer d'un gaz non brûlé très léger qui sera éjecté à grande vitesse.
La synchronisation du pompage des deux liquides est assurée par un montage en série des turbopompes qui sont actionnées par les gaz venant du générateur.
Le moteur emporte des réserves d'Hélium pour faire fonctionner les valves ainsi qu'une unité de contrôle électrique commandant l'allumage, l'arrêt du moteur.
Principal avantage du moteur J-2, il est ré-allumable en vol, à savoir un réservoir d'hydrogène rechargeable, monté sur le moteur et un système d'allumage par étincelle avec dispositif automatique de réamorçage.