飞船后部设备舱内的发动机使得飞船可以在太空中进行各种机动。设备舱底部中央是主发动机的喷口，该发动机可以多次启动，根据任务需要在适当的时刻点燃，进行飞船的变轨机动。技术人员为了保证飞船的安全性，在飞船内安装了备份的双燃烧室发动机，喷口分别位于主发动机的两侧。设备舱的四周还布置数台小发动机，用来调整飞船的姿态和微小的移动。
提供较大的推力，主要使飞船进行变轨机动的发动机，称为变轨发动机。控制飞船姿态的发动机称为姿态控制发动机，一般推力较小。
除了发动机，设备舱内还安装飞船的电子设备、环境控制、通讯等大部分仪器设备。由于这些仪器设备的对工作条件都有一定要求，不能直接暴露在太空中，所以安装在设备舱前部密封舱内；而变轨发动机及推进剂贮箱则安装在后部的非密封段。在设备舱的外面还有一圈圈的“螺纹”，是用来散热的，称为辐射散热器。
在大多数联盟飞船上，苏联的技术人员采用了太阳能产生电力的技术，即在设备舱两侧安装太阳电池翼。发射过程中，太阳翼折叠贴靠着飞船的舱体，进入轨道后电池翼即展开，航天员操纵飞船自转，使太阳翼的帆板面向太阳，吸收太阳能。之后飞船绕太阳…飞船的轴线旋转，由于几乎没有阻力影响，飞船会在相当长的时间内保持旋转，这样太阳翼就一直受到太阳的照射。在航天工程中，这种使联盟飞船相对太阳保持适当姿态的方式称为“翘向太阳（solar warping）”。
太空中航天员的生活以及各种科学实验是在轨道舱中完成的，轨道舱与返回舱合在一起构成了联盟飞船的居住空间。轨道舱内除贮存有实物和饮用水装置、床和睡袋、废物收集器等太空生活必需品，还设有科学实验设备，至于具体的设备航天技术人员在飞行前，根据此次飞行的具体任务来安装在轨道舱上。例如联盟6号在轨道舱外安装了焊接试验设备，成功进行了太空中第一次的焊接试验。联盟22号在轨道舱上安装了德国的多光谱照相机研究地球的地质构造。
轨道舱前端设有对接机构，供飞船与其它飞船或空间站对接用。早期的联盟飞船完成对接后，对接机构无法移开，乘员不能直接从飞船内通过。1969年1月6日，联盟4号与联盟5号的对接中，联盟5号的两名航天员只能从轨道舱侧面的舱门爬出舱外，从外面进入联盟4号。到联盟10号，苏联的技术人员改进了对接机构，飞船在轨道上对接后，航天员可以移开对接机构，直接进入对方的飞船。
航天员在完成太空任务后，由主发动提供推力，使飞船开始脱离轨道，返回地球。再入大气层前，大约140 000千米高度，轨道舱和设备舱分别与返回舱分离，并在再入过程中焚毁，而返回舱携带航天员返回地球。联盟飞船的返回舱采用了钟形结构，由上、下两个圆球切块，中间一个圆锥面平滑过渡构成。再入时底部的大圆球切面冲前。由于底部受大气分子的冲击最厉害，温度最高，所以采用了可分离的烧蚀复合材料。
之所以抛弃了东方号与上升号的球形布局，主要是考虑到球形舱体在大气层中下落时，气流不会对其产生升力，返回舱一旦脱离原来的轨道，就沿着一定的轨道返回，着陆位置也就确定，没有调整的余地。如果返回舱脱离地球轨道开始返回的时机不当，着陆地点就会发生很大偏差，没有办法调整。而联盟飞船的钟形返回舱在穿过大气层时，不仅受到大气阻力的影响，而且会产生一定的升力。
返回舱下降到大约83 000千米的高度时，通过分布在返回舱外壁的6台小发动机调整飞船穿过大气层时的姿态，会使升力大小有所变化，从而在一定的范围内控制了返回舱的运动轨迹，调整着落点，可以控制着陆点偏差在30 000千米以内。返回舱下降到10 000千米左右的高度时减速伞舱盖弹出，拉出引导伞，再拉出减速伞。8 500千米左右时，拉出主降落伞。离地面还有1米时，返回舱底部的缓冲发动机启动，进一步减小落地速度。为了减小返回舱落地时对航天员的冲击，航天员的座椅下专门安装了减震装置，飞船着陆前，减震器升起，缓和了着陆时对航天员冲击力。
联盟系列
1963年12月苏联政府正式批准科罗廖夫开始联盟飞船的研制，从最初研制到现在已经有40年的历史了，由于采用了“模块化”的设计思想，设备舱中推进剂载量及轨道舱中的设备可以根据任务改变，因此联盟飞船具有很强的适应性，可以执行各种任务。既能自主长期飞行，为载人航天站接送航天员，在对接后又可作为空间站的一个舱体进行联合飞行。到目前为止，苏联/俄罗斯已经制造各种型号的联盟飞船超过230多艘，形成了一个庞大的家族，包括有几十种型号。其中的联盟，联盟T，联盟TM号飞船是最成功的飞船系列。
从1967年4月联盟1号飞船的上天到1981年5月的14年中，联盟号共进行了40次载人飞行，主要的目的是为苏联发展轨道空间站进行服务。实现这40次载人飞行的联盟号飞船具体包括了6种改型——7K…OK、7KT…OK、7K…T、7K…T/A9、ASTP和7K…MF6。
联盟T系列之前执行载人飞行任务的联盟飞船名称按顺序编号，不区分飞船类型。如联盟7K…OK的第一次载人飞行为联盟1号（Soyuz 1），7KT…T第一次载人飞行的飞船名称为联盟12号（Soyuz 12）。但联盟20号例外，为不载人飞行。
7K…OK是联盟飞船的最初型号，共发射了9次，主要目的是为建立轨道站复合体做技术准备。联盟1号的飞行是很糟糕的，进入太空后飞船左侧的太阳翼没有展开，造成电力不足，接着在整个飞行中又接二连三的出现其它故障，返回时又因减速伞未能打开，出现了机毁人亡的惨剧。1969年1月14日和15日联盟4号、5号分别发射，在轨道中实现联盟号的第一次对接，对接后两艘飞船工作间的总容积达到18立方米，建立了世界上第一个轨道空间站的雏形。1969年10月联盟6、7、8号的编队飞行进行了大量复杂的机动，并验证了在太空焊接材料的可行性。 。。
7KT…OK是7K…OK的改进型，除了减轻对接机构的重量，还在对接机构上实现了航天员可以直接进入另一飞船的通道。但不幸的是该型号飞船只进行了两次载人飞行。1971年6月29日，联盟11号在结束飞行返回时，座舱突然漏气，由于航天员没有穿航天服，造成3名航天员缺氧窒息而死。
此后，苏联的载人航天活动中断两年多，设计人员对联盟飞船进行了一系列的改进。直到1973年9月27日，联盟12号即7K…T型太空飞行成功，苏联才恢复载人航天活动。7K…T在安全性方面作了重大改进，拆除返回舱内3人座椅中的一个，并在取消的座椅位置上增加生命保障系统。另外，用化学电池代替原来的太阳能电池，防止再次出现联盟1号太阳翼不能展开的故障。改进后7K…T共进行了19次载人飞行，直到1981年联盟T系列投入正式使用才被代替。在7K…T的基础上，为了配合苏联军用空间站“钻石（Almaz）”计划的研究，还发展了7K…T/A9型飞船。
ASTP主要是为实现阿波罗…联盟对接而改进的，共飞行了两次。ASTP共制造3艘，第3艘后来经过改装，在对接机构的位置安装了德国的多光谱照相机MF6，环绕地球飞行8天，拍摄了大量地球照片，该艘飞船称为7K…MF6。
联盟T系列是联盟号的改进型。虽然飞船外形、容量和质量与联盟号大体相同，但技术上做了许多改进，主要的改进包括：恢复了两个太阳电池板；主推进系统重新设计，推进剂贮箱有了更大的载量，使用与礼炮…6空间站上的发动机同样的推进剂；飞船的姿态控制喷管重新配置；采用了更轻、更结实的舱体材料。这些改进使联盟T具有更长时间的飞行和更好的机动能力。此外，飞船的生命保障系统、飞行控制系统和返回着陆系统进行了更为可靠和更为自动化的设计，当飞船出现故障时，内部的计算机会对故障作出迅速的判断，并采取相应的应急措施。所有这些措施都保证了航天员的安全，而且经过长期的飞行试验及改进，设计人员又恢复了飞船的3人制的座舱。1979年12月26日联盟T首次进行不载人飞行试验。从1980年～1986年共完成了14次载人飞行。
联盟TM系列是为适应和平号空间站长期飞行而改进发展的第三代载人飞船。设计人员采用了称为“航向”的新对接机构，替代以前联盟号飞船的“针状”对接机构。这种装置允许飞船在任何姿态下与空间站进行对接，减少了空间站的机动动作，使可靠性大为提高。采用了强度更高、质量更轻材料制成的降落伞，使发射和着陆的有效载荷均有所增加，且在钟形座舱里占有更小的体积。除此以外联盟TM还做了一系列改进来保障飞船的安全性，这些改进使的联盟TM飞船在提高安全、可靠性的同时还提高了运载能力。
联盟号飞船的“针状”对接系统，要求空间站与载人飞船呈直线对接，这就需要对接时空间站做机动飞行，调整到一定姿态，与飞船呈直线对接。
1986年5月21日，联盟TM首次试飞时不载人。截止到2002年4月，联盟TM飞船总共进行33次载人飞行，创造了载人到空间站上长期生活的一系列新纪录。1994年1月8日乘第18艘联盟…TM升空的俄罗斯航天员波利亚科夫，在和平号上创造了连续逗留438天的世界纪录。
由于联盟飞船的可靠性，联盟TM…31～TM…34已经开始作为国际空间站的运输飞船及救生艇。2002年10月29日，俄罗斯发射了新型的改进飞船联盟TMA…1代替空间站上的TM…34。TMA采用了更人性化的设计，座舱内空间增大，可以运送个子更高、体重更大的航天员。联盟…TM能运送身高164～182厘米、体重56～85公斤的航天员，而联盟TMA可以运送身高150～190厘米、体重50～95公斤的航天员。设计人