總體設計
雖然作為歐洲第一海上強國的日子已經離開西班牙（西班牙國王腓力二世組建“無敵艦隊”是在1580年），但它仍然是歐洲的一個傳統海軍強國，單看F-100級護衛艦，其設計和建造能力就可見一斑。
“胡安·卡洛斯一世”號採用單體船型，隱身設計，融入高科技建造，單艦造價3.6億歐元，是西班牙海軍歷史上最大的戰艦，比現役“阿斯圖里亞斯親王”號航母（滿載排水量17190噸）還大。
該艦艦長230.8米，吃水線長205.7米，飛行甲板寬32米，吃水線寬29.5米，高32米，滿載吃水7.1米，航速21節，續航力為9000海里/15節，標準排水量2707511噸，比法國“西北風”級兩棲攻擊艦（21300噸）還要大。其排水量和航速還可根據作戰模式進行改變：遂行兩棲作戰時排水量為27075噸，最大航速19.5節；充當航母遂行空中作戰時，排水量24660噸，最大航速21節。
該艦的艦面結構與“阿斯圖里亞斯親王”號很相似：全通式飛行甲板，首端設定傾角為12°的滑躍式甲板；飛行甲板上設有兩部升降機，其中1部位於艦島前方（該升降機前部*右舷設有一部大型起重機，可起吊重型裝備和大宗貨物），另1部位於飛行甲板末端中部。此外，該艦的飛行甲板還在設計中專門予以強化，使其能夠承受垂直/短距起降戰鬥機較大的重量以及起降時發動機尾噴管噴射的強大熱氣流對甲板的衝擊。
該艦由上而下分為4層：大型全通飛行甲板層、輕型車庫（2046平方米）和機庫（1000平方米）層、船塢和重型車庫層、居住層（包括艦員住艙和醫院）。特別引人注意的是該艦艦脆設有滑躍式甲板，可起降“海鶴”攻擊機或F-35B“閃電”Ⅱ戰鬥機，為將來取代“阿斯圖里亞斯親王”號航母奠定了基礎。船娓和兩舷都有一定內傾斜度，有利於裝卸重型裝備。
動力系統
該艦採用柴-電聯合推進方式，裝1台美制LM-2500燃氣輪機和2台HOIST-720-32/40-MAN-16V柴油發電機（總功率35000馬力），推進裝置採用吊艙式電力推進裝置（POD）。這種推進裝置的交流驅動電機吊掛在艦娓底部的吊艙內，由一台變頻器供電和控制。吊艙帶動螺旋槳，可旋轉360°，因而可在任何需要的方向上產生推力，使艦艇不再需要方向舵和側推器，而機動性也有所增加。由於驅動電機位於艦體外，因而也不需要軸和軸架，這意味著在艦娓有額外的空間。與此同時，螺旋槳還能布置得順應水流，從而獲得較高的推進效率。由於減少了附體的阻力，推進效率可輕而易舉地提高10%。由於吊艙浸在海水中直接向外散熱，故驅動電動機不需要冷卻。此外，驅動電機易於調節，不用齒輪箱裝置傳動，可直接驅動螺旋槳，從而大大減輕了結構複雜度，提高了可*性。可以說，這種動力裝置具有布局靈活、維護成本低、燃油消耗少、沒有空間浪費、振動和噪音小、自動化程度高等優點。但其也有一些缺陷，如平穩性不好、裝備採購成本高、發動機艙太大（關閉時必須密封）、軸承必須使用潤滑油和伺服系統等。
武器系統
該艦強調航母與兩棲戰艦的通用性，因此它幾乎沒有攻擊性武器，僅象徵性地裝備了一些自衛武器，包括2挺12.7毫米機槍，4具20毫米口徑的近防炮，1部“拉姆”Block0或“海拉姆”防空飛彈系統。
應該說，“胡安·卡洛斯一世”號更像是輕型航空母艦，所以艦載機才是其最重要的武器，包括MV-22“魚鷹”、AV-8B“海鶴”或未來海軍即將裝備的F-35B“閃電”Ⅱ，以及其它各型直升機。其艦載機可執行運輸、反潛、防空、反艦和對地攻擊等任務，進行垂直登入的能力遠超“加里希亞”級。它還可彌補“阿斯圖里亞斯親王”號航母的海空作戰缺口，支援西班牙海軍作戰。
這裡需要特別指出的是，該艦計畫裝備美海軍新一代主力戰機─-MV-22“魚鷹”和F-35B“閃電”Ⅱ，這使得其戰力可與美海軍新一代“塔拉瓦”級多用途兩棲攻擊艦（LHA-6）媲美，大大提升了其現代海戰能力。
運輸能力
該艦總運輸量為6000噸。其全通飛行甲板上有6個飛機起降站位、1個搜救站位。飛行甲板的船娓部分可起降MV-22，艦脆滑躍甲板可起降AV-8B“海鶴”和F-35B“閃電”Ⅱ。甲板上至少可同時起降4架CH-47“支努乾”重型運輸直升機或6架SH-3D“海王”、NH-90、“貝爾”212、SH-60B/LAMPSⅢ等中型直升機。艦上有航空兵部隊172人(41名軍官，60名士官，士兵71人），負責飛機起降和駕駛飛機，遂行運輸、反潛、防空、反艦和對地攻擊作戰任務。
庫位於尾部的住宿艙之上，面積約1000平方米，可停放12架中型直升機。前方的輕型車庫設計得也很像機庫，必要時也可停放飛機。輕型車庫的面積為2046平方米，可裝載輕型戰車或停放18架中型直升機。這樣，機庫和輕型車庫共可停放30架中型直升機（或10架CH-47)，加上甲板上停放的6架中型直升機（或4架CH-47），該艦共可搭載36架中型直升機（或14架CH-47）。
在機庫和輕型戰車庫層下為重型車庫和船塢層，它與船娓的船塢相通。
船塢長69.3米，寬16.8米，面積約1163平方米，船娓船塢門長16.5米，高11.5米，與1艘“加利西亞”級的船塢運輸能力相當，能容納4艘LCM-lE型高速機械登入艇或6艘LCM-8型機械登入艇，另外還搭載有“超級貓”硬殼充氣艇。
船塢設計與重型車庫比較相像，必要時也可作為車庫使用，可增加1163平方米車庫面積，共可停放46輛M60或“美洲豹”戰車。
在人員運輸方面，該艦艦員編制為243人（24名軍官，49名士官，士兵170人），航空兵部隊172人，另外可搭載參謀人員103人，海軍部隊23人，陸戰隊902人，累計1443人。在執行登入作戰時，完全可滿足部隊投送和登入作戰的需要。
艦最下層有寬闊居住艙和1個艦載醫院。艦載醫院裝備有救護車和其它醫療裝備，包括2間手術室，1間牙醫室，1間醫務室，1間會診室，1間治療室，1間傳染病治療室，1塊傷員選擇區，1間x射線室，1間實驗室，1間藥房和若干病房，大大提升了西班牙海軍災難救助和人道援助能力。
