Der FRM II wird den Forderungen an eine moderne Neutronenquelle durch seine Konzeption in hervorragender Weise gerecht: Der Reaktor besteht aus einem besonders kleinvolumigen, durch Leichtwasser H₂0 gekühlten Reaktorkern, der im Zentrum eines mit Schwerwasser D₂0 gefüllten Moderatortanks angeordnet ist. Der Moderatortank hat einen Durchmesser von ca. 2,5m und eine ebenso große effektive Höhe. Die ganze Anordnung befindet sich in dem wassergefüllten, ca. 5m weiten Reaktorbecken.

Dieser Kompaktkern enthält nur ein einziges zylindrisches Brennelement, das bei einer aktiven Höhe von 70cm einen Außendurchmesser von 24,3cm und einen Innendurchmesser von ca. 11,8cm aufweist. Im Innenkanal wird der Regelstab bewegt. Insgesamt ist das fertige Brennelement etwa 1,3 m hoch und am oberen Ende mit einem äußeren Kugelsitz zur Fixierung in der Betriebsposition versehen.

Zwischen dem Außen- und dem Innenrohr des Brennelements sind 113 identische Brennstoffplatten eingeschweißt, die jeweils aus drei Schichten, der Brennstoffschicht im Inneren und zwei Deckschichten aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Die Brennstoffplatten sind 1,36mm dick und evolventenförmig gekrümmt, so daß die Abstände zwischen ihnen überall gleich groß sind.

Durch die 2,2mm breiten Zwischenräume strömt das Kühlwasser (H₂O) mit einer Geschwindigkeit von ca. 17ms^-1 hindurch und führt die nuklear erzeugte Wärme ab. Dazu ist das Brennelement in einem ortsfesten senkrechten Zentralkanal eingebaut, der den H₂O-Primärkühlkreis vom umgebenden D₂O-Moderatortank trennt.