Der FRM II ist als Strahlrohr-Reaktor optimiert. Nahezu 50% der Experimente werden mit kalten Neutronen (deren Energie kleiner ist als 5meV, E<5meV) durchgeführt. Das Konzept basiert auf dem Einsatz eines Kompaktkerns, der ein einziges zylinderförmiges Brennelement enthält, das im Zentrum eines mit Schwerwasser D₂0 gefüllten Moderatortanks eingebaut wird. Die Kühlung erfolgt mit leichtem Wasser H₂0 aus dem Reaktorbecken. Geregelt wird der Reaktor über den zentralen Regelstab im Innern des Brennelements. Zur Abschaltung ist zusätzlich ein unabhängiges System aus fünf Abschaltstäben im Moderatortank realisiert. Jedes System ist für sich alleine in der Lage, den Reaktor jederzeit schnell und dauerhaft abzuschalten.

Die kompakte Bauweise des Brennelements führt dazu, daß mehr als 70% der Neutronen die Uranzone verlassen und in einem Abstand von 12cm von der Oberfläche des Brennelements das Maximum der thermischen Neutronenflußdichte (ungestört 8x10¹⁴cm^-2s^-1) aufbauen. Dieser Bereich größter Flußdichte ist für Experimente nutzbar. Hier werden, auf den Umfang verteilt, eine Reihe von Strahlrohrnasen und diverse vertikale Bestrahlungskanäle angeordnet.
Die eigentlichen Experimentierplätze befinden sich außerhalb des Reaktorbeckens in Verlängerung der Strahlrohre in der Experimentierhalle sowie an den Neutronenleitern in der Neutronenleiterhalle. Die Neutronenleiterhalle verbindet das FRM II-Gebäude mit dem alten Reaktorgebäude, dem Atom-Ei. Sie bietet etwa eine gleichgroße Experimentierfläche wie die Experimentierhalle.