Le satellite est une sphère de magnésium de 9,8 kg, de 50,8 cm de diamètre. La sphère comporte une couche d’or à l'intérieur et est recouverte à l'extérieur d'une couche composée d’aluminium et d’oxyde de silicium d’une épaisseur suffisante pour assurer le contrôle thermique de l’instrumentation.
Il contient deux télescopes optiques munis de cellules photoélectriques. Les télécommunications sont assurées par un émetteur de 1 W à 108,03 MHz pour la télémétrie et un émetteur de 10 mW à 108 MHz pour les données de suivi (poursuite). Un récepteur est utilisé pour activer un enregistreur à bande qui sert de relai entre les téléscopes et le transmetteur télémétrique. Les deux transmetteurs sont prévus pour fonctionner 19 jours. L’énergie de toute l’instrumentation provient de batteries au mercure.
Le satellite Vanguard 2 est prévu pour la mesure de la distribution de la couverture nuageuse lors de la phase diurne de son orbite et pour la détermination de la densité des couches atmosphériques supérieures en fonction de l’altitude, de la latitude, de la saison et de l’activité solaire. Il est ainsi le premier satellite météorologique.
Le satellite est stabilisé par rotation sur son axe à 50 tours par minutes. Les données télémétriques furent de pauvre qualité à cause de la mauvaise orientation de cet axe de rotation.