拥有强大的防御能力是各个时期德国主力战列舰的最大特证。在德国海军组建初期，其装甲钢板技术主要依赖于英国：1891年，德国克虏伯公司开始制造装甲钢板：此后，德国发明了优于哈维钢板的克虏伯钢板，从而使其主力战列舰在装甲防御方面取得了显著发展。
19世纪末至第一次世界大战中期，竭力主张壮大海军实力的德国海军大臣提尔皮茨提出要将德国主力战列舰建成“不沉的战舰”。其理由是：战舰无论受到多么严重的创伤，只要仍浮在海面上，就容易恢复战斗力，就仍有其存在的价值；与之相对，无论拥有多么强大的武器装备，如果一旦沉没的话，一切都将无从谈起。这样，自提尔皮茨上任以后，德国主力战列舰的防御能力都直接或间接地得到了显著加强，从前无畏舰时代开始，德国战列舰在装甲防御方面就显示出了突出的特点。德国海军认真总结了中日黄海海战的经验教训，为了防止首尾部进水，从“凯撒·腓特烈三世”级战列舰起，在战舰首尾部均安装了水线装甲钢板，在舰体主要部位的水线装甲钢板上部的船眩一侧也安装了十分宽厚的装甲钢板，可以直接保护副炮的炮塔，在此基础上还特别考虑了舰体的防水性能。
根据提尔皮茨的思想，在前无畏舰时代后期及无畏舰时代均大力加强战舰的防御能力。这样，德国战列舰的垂直及水平两个方向上的装甲越来越厚，同时舰前尾部的防御能力仍然得到了加强，特别是为了防止舰首前部在遭到攻击时有首波浸入或者发生下沉，一直到其外甲板上部均安装了装甲。这是德国主力战列规的一个突出的特点，与当时其他国家海军普遍采用的集中式防御形成了鲜明的对比。
强化主要区域的防护
为了在敌方炮弹穿透船舷时采取应急措施，德国海军在舰体所有主要区域的装甲钢板内侧均设置了煤舱，希望借此减少炮弹爆炸时产生的能量。在遭到敌方攻击时，最危险的当然还是弹药库。德国海军特别重视弹药库的防御，在主炮塔的炮塔座部分，直至防御甲板均安装了厚装甲。为防止自身弹药库发生爆炸，德国海军将每发炮弹的装药分为主副两部分，主药装在黄铜制容器中，将副药用绢盒包裹后再放入薄钢制容器中，装填时再从中取出。虽然这种做法导致实际使用起来十分繁琐，但其效果也是非常明显的。在日德兰海战中，没有一艘德国战舰因为爆炸而沉没。
不装个几千吨水好意思回基地？
彻底的防水措施德国主力战列舰的另一个主要特征是采取了彻底的防水措施。德国海军认真吸取了日俄战争的经验教训，在舰内结构中采用了水密细分分舱的方式，特别是加强了舰体前后部的水密性。舰内横舱壁也采取了加固措施，吃水线下部更是没有设置任何交通门。从确保战舰遭到攻击后的生存能力的角度出发，在所有区域都造当地分散布置各种机器及装备，从而有效防止了战舰在遭到损伤时各种运用性能的下降。
舰船损坏管制系统
德国海军在战舰防御方面采取的划时代性的措施是“舰船损坏管制”。它针对战舰的损坏情况采取适当的应急处理措施，将受损范围减少到最小，同时努力维持、恢复战舰的战斗力。其主要是为矫正由于浸水而倾斜的舰体设置了注排水装置及相应区域，并不断发展完善了这种运用体制。“舰船损坏管制系统”首先在“赫尔戈兰”级无畏舰正式使用，此后又经过不断的改良、发展，在第一次世界大战时已经推广至各个国家。
半潜船2333
庞大的装甲
装甲重量在排水量中所占的比例是体现防御能力强弱的一个标志。在初期的“赫尔戈兰”级无畏舰中，这一比例为36.6%；而在后期的“拜恩”级超无畏舰中，这一比例已经增加到了40.6%。与此相对，英国战列舰的这一比例整体上还未超过10%，由此也可以看出德国战列舰是何等的坚固。在这些规模庞大的装甲的保护下，德国战舰在日德兰海战中显示出了强大实力。以上这些防御措施一直延续到第二次世界大战的“俾斯麦”级超级无畏舰，其装甲重量在排水量所占的比例也达到了39%左右。在飞机得到迅速发展的第二次世界大战中，可以说“俾斯麦”级战舰的防御方式更适应了新的战斗模式。
关于德国主力战列舰轮机部的主要特征，可以概括为三轴推进方式、大功率柴油机、高温高压蒸汽轮机等。
细推进方式
作为主力战舰，1898年完工的德国“恺撒·腓特烈三世”级前无畏舰率先采用了三轴推进方式。与当时各国普遍采用的两轴推进方式相比，可以说三轴推进方式具有以下几个优势。首先，与两轴推进方式相比，每个轴的功率相应减少了，因而主发动机也趋于小型化；而且由于可以降低机械室的高度，防御甲板的设置也变得容易起来，可以充分采取防御措施。其次，在巡航时可以仅依靠中央轴工作，从而可以节省燃料。正是由于上述原因，直至第二次世界大战之前，德国战列舰始终采用了三轴推进方式，但是由于这种方式无法满足战列巡洋舰高速航行时所需要的大功率，德国战列巡洋舰最终采用了四轴推进方式。
大功率柴油机
从世界范围内来看，当时德国率先在大型水面舰艇“德意志”级装甲舰的主发动机中使用了大功率柴油机。在各种原动机中，柴油机消耗的燃料是最少的。鉴于此，19世纪末德国经过考察后开始在包括潜艇在内的各种舰艇中使用柴油机，这也最终使德国海军的实力领先于当时的各国海军。在第一次世界大战期间，德国海军在无畏舰中采用了涡轮机，为了弥补由此带来的燃料消耗，又制定了在“恺撒”及“国王”级无畏舰中使用柴油机驱动若干中央推进轴的计划。为此，德国克虏伯公司与曼恩公司研制出了双循环、双作用、具有6个气缸、功率为12000马力的柴油机。但是由于未能及时完成，直至第一次世界大战末期德国海军都未能拥有采用涡轮机与柴油机并用推进方式的战列舰。
由于“德意志”级袖珍战列舰的主要任务是进行破坏通商作战，其主发动机需要具有强大的续航能力，同时又必须减少燃料的消耗量；而且由于战舰的吨位要控制在1万吨以下，还必须缩短轮机舱的长度，减轻发动机重量。为了满足上述要求德国海军制定了将双循环、双作用式的大功率柴油机作为主发动机的方针，并命令曼恩公司进行研制。而此前该公司已经制造出了可作为轻型巡洋舰巡航用发动机以及炮术练习舰主发动机的柴油机，并在此基础上进行了大型化设计，最终在1931一1932年完成研制工作。这种柴油机可以说是MZ42/58型（数字分别代表以厘米为单位的气缸直径以及活塞行程)，直列9缸，功率为7100马力（转速为450转/分）。“德意志”级袖珍战列舰搭载了8台这种柴油机，并通过伏尔铿液力联轴节将每4台安装在一个轴上，从而实现了两轴推进方式。在这种方式下，该级战列舰的续航能力得到了大幅提升，在10节的航速下能够连续航行约20000海里，在19节的航速下能够连续航行约10000海里，从而达到了重型巡洋舰的3倍左右。但也并不是说这样就能够满足所有的实战要求，震动问题就是一个令德国海军十分头疼的难题，为此他们不得不加固了发动机机座。也正是由于这个原因，德国“沙恩霍斯特”级战列巡洋舰及“俾斯麦”级战列舰宁可多消耗燃料仍采用了涡轮机推进方式。
此后，德国海军与曼恩公司又改进了相关技术，提高了双循环双作用式柴油机的性能以及稳定性，强化了防震措施，并研出两种主力战舰用的新型发动机。其中一种是“赫尔戈兰”级战列舰装备的MZ65/95型柴油发动机，直列9缸，功率为13750马力（转速为265转/分）。该级战列舰计划搭载12台该型发动机（总功率为165000马力），并采用每轴安装4台该型发动机的三轴推进方式，在16节航速下其最大航程可以达到19000海里。另一种是“奥尔登堡”级战列舰装备的VZ42/58型柴油发动机，其功率为14500马力。该级舰两个外轴分别安装了4台该型发动机，其功率为116000马力，航速可以达到27节；中央轴采用了涡轮机驱动的方式，其功率为60000马力；两种发动机同时工作的话，航速可以达到33.4节以上。该级战列舰采用的发动机巧妙灵活地运用了三轴推进方式的特点和大功率柴油机的优点，也可以说最好地发挥了德国海军建造技术的优势。
高温高压蒸汽轮机
关于德国海军的蒸汽动力发动机，虽然在第一次世界大战结束前仍未凸显其优势，但在两次世界大战之间，德国研制、采用了高温高压蒸汽轮机，从而带动了各列强国家的制造技术。工作蒸汽实现高温高压化后，可以节省燃料，缩减轮机部的重量及容积，但同时确保轮机部工作的稳定性也成为一个难题。为了取得上述优势，德国海军努力研制了高温高压蒸汽轮机，并不断深入研究耐热材料及其加工方法、工作方法、发动机的运转管理及维修保养等课题，制造了瓦格纳锅炉等高压锅炉。在德国主力战列舰中，“沙恩霍斯特”级战列巡洋舰首先采用了高温高压蒸气轮机，其蒸汽条件为50个大气压、450摄氏度，与当时建造中的驱逐舰相比略低些，此后的“俾斯麦”级战列舰则将压力增至58个大气压。相比较的话，当时日本海军“岛风”级驱逐舰蒸汽轮机的工作蒸汽仅为40个大气压、400摄氏度，“大和”级战列舰十分重视轮机部的稳定性及耐久性，但其蒸汽轮机的工作蒸汽却降至25个大气压、325摄氏度。因此，在每1吨轮机部重量所对应的功率中，德国“俾斯麦”级战列舰为28.8马力，而日本“大和”级战列舰则仅为22.4马力。除德国外，当时美法两国也在追求主力战列舰发动机工作蒸汽的高温高压化。其中，美国战列舰发动机的工作蒸汽为40个大气压、454摄氏度，与德国相比仍有着明显著距。但是，在发动机运行的稳定性、可靠性方面，德国却也遇到了不小的难题，其中最难解决的就是锅炉的蒸汽过热管经常发生故障。这种故障也对德国“沙恩霍斯特”级战列巡洋舰及“希佩尔海军上将”级重型巡洋舰执行作战任务带来了不小的影响。在第二次世界大战中，德国海军设计制造了主力战列舰用的大功率柴油机，并在实际中采用了时常出现故障的高温高压蒸汽轮机。日本海军的“大和”级战列舰则没有实现涡轮机与柴油机并用的推进方式，在实现蒸汽轮机的高温高压化方面也落后于德国，日德两国的制造技术差距已经十分明显。
