O módulo nuclear da Tiangong é ainda composto por uma cabe de recursos, uma secção de acoplagem e uma secção cilíndrica com um diâmetro de 2,8 metros com cinco pontos de acoplagem que irão permitir a junção de novos módulos experimentais. Pode albergar três tripulantes e o seu tempo de vida útil é de 15 anos com manutenção orbital. O Tianhe-1 está equipado com os sistemas de suporte de vida para os seus tripulantes.
Os módulos Wentian e Mengtian serão módulos científicos com uma massa de cerca de 20.000 kg, comprimento de 14,4 metros e um diâmetro de 4,2 metros. Serão módulos pressurizados construídos a partir das experiências obtidas com o módulo orbital Tiangong-2 e serão utilizados para levar a cabo experiências nas áreas das ciências da vida, biotecnologia, física, ciências dos materiais, microgravidade, etc. Para além das experiências localizadas no interior pressurizado, ambos os módulos serão capazes de albergar experiências exteriores tanto e plataforma de exposição ao ambiente espacial, como fixadas nas respectivas fuselagens. Os módulos serão acoplados no porto de acoplagem axial do módulo Tianhe-1 e posteriormente transferidos para um porto lateral utilizando um sistema de manipulação remota operado a partir do interior da estação espacial ou de forma remota a partir do centro de controlo.
A zona habitável no Tianhe-1 é de 50 m3, atingindo os 110m3 se se combinar as áreas habitáveis dos outros dois módulos.