“神舟八号”载人飞船采用三舱形结构，由轨道舱、返回舱、推进舱组成。整船全长8984毫米，底部最大直径2800毫米。船上设备共628件，起飞质量8130千克。与“神舟七号”相比，增加了交会对接功能，取消了气闸舱功能。飞船功率1800瓦，具有上行300千克、下行50千克的运输能力，可以支持3人5天独立飞行，在目标飞行器或空间站上停靠飞行6个月。
　　轨道舱。轨道舱是航天员在轨道飞行期间的生活舱、试验舱和货舱，内部装有多种试验设备和实验仪器，轨道舱的前端安装了对接机构、交会对接测量设备，用于支持与“天宫一号”目标飞行器实现交会对接。轨道舱一端设有舱门，作为进出目标飞行器的通道，航天员通过这个舱门可以进出目标飞行器。
　　推进舱。推进舱为飞船提供姿态控制、变轨和制动的动力，也为航天员提供氧气和水。推进舱外装有太阳能电池板，为飞船提供电能。推进舱作为飞船的动力舱段，配置了用于交会对接的平移和反推发动机。
　　返回舱。返回舱为钟型密封结构，是整个飞船的控制中心，也是航天员乘坐的舱段，航天员乘坐在返回舱里进入空间和返回地面。返回舱可搭载3名航天员，能承受飞船起飞上升段、轨道运行段及返回时再入大气层段的变速、过载和气动加热等考验。
　　为完成交会对接任务，“神舟八号”飞船配置了对接机构及各种交会对接测量设备。对接机构用于实现与目标飞行器的连接；由交会对接雷达、CCD光学成像敏感器、电视摄像机等构成的交会对接船载测量设备，用于测量与目标飞行器的相对位置和相对姿态；飞船的控制系统和推进系统在原来飞船的基础上，增加了平移控制发动机，用于为飞船向目标飞行器靠拢和分离过程中提供动力。
　　为提高飞船的可靠性和安全性，“神舟八号”飞船在载人航天一期工程载人飞船的基础上，还进行了大量的技术改进和优化设计。比如，改进了降落伞系统，减少了可能的破损，增强了降落伞的可靠性；改进了座椅提升装置，座椅提升装置采用高压氧气进行提升，消除原来使用材料可能产生有害气体对航天员的影响；采用光电转换效率高的电池片，提高了整船的供电能力。此外，还采用了新的计算机芯片，提高了运算速度、运算能力和存储能力。
　　系统组成
　　“神舟八号”载人飞船由14个分系统组成，即结构机构分系统、总体电路分系统、电源分系统、制导导航与控制分系统、推进分系统、数据管理分系统、测控与通信分系统、热控制分系统、环境控制与生命保障分系统、仪表照明分系统、乘员分系统、回收与着陆分系统、对接机构分系统、应急救生分系统。
　　与“神舟七号”载人飞船的分系统相比，为适应交会对接任务的需要，“神舟八号”载人飞船新增加了对接机构分系统。对接机构分系统的任务是，完成制导导航与控制创造的初始条件下，实现飞船与目标飞行器的对接、停靠与分离。具体功能是：在规定的初始条件范围内，实现两个航天器的捕获、缓冲、锁定和刚性连接，形成对接通道，形成两个航天器的电气连接；在组合体飞行期间，保持航天器的机构和电气安全连接状态，保证连接的刚度、强度及气密性；在联合飞行任务结束后，或在组合体出现故障的紧急状态下，迅速实现两个航天器的分离。
　　装船设备和试验
　　“神舟八号”载人飞船装船设备共计628台套，包括帆板、回收分系统正样降落伞组件等。共配置了90个各类软件，为实现飞船的各种功能提供支持。
　　围绕交会对接设计和目标飞行器长寿命设计，开展了试验验证覆盖性分析，进行了交会对接专项、互换性、可靠性、安全性、寿命试验等6大类试验。正样研制阶段，共进行了171项试验。
　　为保证交会对接任务的圆满成功，研制队伍还进行了交会对接专项试验。针对交会对接设计验证，从三个方面进行了13项验证试验：一是以飞行方案为主线，通过仿真或半物理仿真试验对轨道设计、控制方案及误差分析进行验证；二是通过交会测量敏感器单机试验和系统级试验，验证敏感器的功能、性能及精度指标；三是针对CCD、激光雷达、TV摄像机对光照条件及目标表面特性敏感，舱体多径效应对有关天线易产生干扰，不同敏感器之间存在光谱需错开等特点，进行了敏感器环境适应性验证试验。
　　通过对单机特性进行的分析，根据单机特点选择相应的条件，对“神舟八号”飞船进行了106台单机的拉偏试验。此外，还进行了20项其他专项试验。
　　“神舟八号”是一艘不载人飞船，主要是用来进行交会对接试验和相关技术验证。“神舟九号”和“神舟十号”飞船则是完全按标准载人状态配置各种系统和设备，可以用作载人交会对接飞行。如果“神舟八号”飞船任务进展顺利，有关部门可能决定利用“神舟九号”和“神舟十号”飞船进行载人航天飞行。如果进行载人飞行，在确保航天员安全的前提下，将安排由航天员手动控制交会对接及载人项目试验。