При выборе калибра и количества орудий главной артиллерии использовали принцип вывода из строя кораблей противника меньшим количеством орудий не самого крупного калибра, но обладавшего большей скорострельностью, чем у броненосцев типа «Бранденбург». Калибр и мощность орудий, при минимальном их числе, довели до предельно допустимого минимума.
Калибр четырёх орудий уменьшили до 240- мм, по сравнению с 280-мм у броненосцев типа «Бранденбург», поскольку орудия именно этого калибра быстрее и легче можно было создать скорострельными. Максимального коэффициента использования артиллерии достигли установкой орудий во вращающихся башнях с большими секторами обстрела. Несмотря на уменьшение калибра, мощность артиллерии главного калибра уменьшилась незначительно, благодаря повышению скорости снаряда у среза ствола орудия.
Бортовой огонь орудий главной артиллерии вновь был вызван к жизни линейной тактикой. Согласно этому, тяжёлые орудия стали устанавливать в барбетах или вращающихся башнях попарно с сектором ведения огня 270°.
Еще через 10 лет произойдет переоценка значения отдельных калибров артиллерии, радикальная в Англии и США, существенно меньшая в германском и других военно-морских флотах.
Уменьшение веса артиллерии в результате изъятия двух орудий прежнего главного калибра не оказалось эквивалентным соответсвующему увеличению веса орудий артиллерии среднего калибра. Последствия отразились на бронировании корабля: главный броневой пояс смог прикрыть только 4/5 длины корабля, так что кормовую оконечность прикрыли только броневой палубой. Несмотря на это, осадка оказалась такой большой, что значительная часть главного броневого пояса ушла под воду.
Эти недостатки были отчасти компенсированы тем, что Крупп, установивший свою сталеникелевую броню только на двух броненосцах типа «Бранденбург», теперь предложил применить её на всех кораблях типа «Кайзер». Таким образом, эти корабли по качеству имели лучшее бронирование, чем их ровесники из других морских держав. Однако специалистам было ясно, что это преимущество может быть только временным, поскольку имелся постоянно возрастающий спрос на сталеникелевую броню Круппа.
Целью значительного уменьшения калибра и сокращения числа орудий крупной артиллерии было высвобождение веса для возможности установки большего числа орудий артиллерии среднего калибра. В конце 90-х годов в морских кругах крупных морских держав мира восторжествовала точка зрения, что «ураганным огнем» большого числа орудий артиллерии среднего калибра можно будет превратить большую небронированную наружную поверхность надстроек корабля противника в груду развалин и вызвать сильные пожары. При этом корабль противника будет очень сильно поврежден и даже лишен боеспособности, в то время как прикрытые броней его жизненно важные части могут остаться невредимыми, что вскоре подтвердили результаты Цусимского боя 14 мая 1905 г.
Поэтому с конца 90-х годов эти страны стали устанавливать на свои вновь построенные корабли от 10 до 14 скорострельных орудий калибра 150-мм и выше. В Германии, кроме понятия “скоростельные орудия” (Snellfeuerkanonen), ввели ещё понятие “быстрозаряжающиеся орудия” (Snelladekanonen). Средняя артиллерия должна была служить как противоминная для защиты от атак миноносцев и решения других задач, соответствующих вспомогательному оружию.
Однако ссылка на основное использование этой артиллерии против миноносцев звучит неубедительно. При относительно небольшом водоизмещении и малой мореходности миноносцев того времени, вынужденных при ограниченном ходе торпед во время торпедной атаки близко подходить к атакуемому кораблю, такой большой калибр средней артиллерии не требовался, поскольку он был нецелесообразен из-за своей относительной трудности быстрой наводки на цель и ограниченной скорострельности. Для этой цели больше подходила имеющаяся на кораблях артиллерия калибра 76-88 мм.
Разделяя идею о необходимости сильной артиллерии среднего калибра, Германия при создании броненосцев типа «Кайзер» пошла ещё дальше, установив восемнадцать 150-мм орудий, шесть во вращающихся башнях, остальные в казематах. Тем самым артиллерия среднего калибра стала едва ли не главным оружием корабля для стрельбы по морским целям.
Для строящейся первой серии броненосцев типа «Кайзер» ещё в процессе проектирования предусмотрительно начали изготавливать твёрдо-поверхностную броню из никелевой стали фирмы Фридриха Круппа, наружный цементированный слой которой был закалён. Благодаря этому максимальную толщину броневого пояса смогли уменьшить до 300 мм.
На броненосцах типа «Кайзер», как и типа «Бранденбург», бронирование сконцентрировали в основном по конструктивной ватерлинии, предусмотрев для этого узкий броневой пояс из цементированной брони Круппа переменной толщины, который начинался у форштевня и простирался по значительной части ватерлинии, но в кормовой оконечности не доходил до ахтерштевня. Кроме того, он защищал места размещения погребов боезапаса и элеваторы подачи снарядов к орудиям.
Главный броневой пояс был предназначен защищать ватерлинию и подводную часть корабля от бронебойных и фугасных снарядов крупного калибра, непосредственно воспринимать и отражать удары, направленные против бронированной палубы, обеспечивая тем самым в бою плавучесть и непотопляемость корабля.
В качестве критерия качества бортовой защиты часто используют угол крена, при котором верхняя кромка броневого пояса уходит под воду. Этот угол составлял, когда горизонт воды покрывал верхнюю кромку броневого пояса для броненосцев типа «Кайзер» 5°, а для броненосцев типа «Бранденбург» 7,3°, и оголял нижнюю кромку при крене 10°.
Кроме узкого главного броневого пояса, как и на броненосцах типа «Бранденбург», забронировали переднюю и заднюю боевые рубки с их коммуникационными трубами, башни и барбеты орудий главного калибра, передний и задний 2-орудийные и угловые одноорудийные казематы и одноорудийные башни артиллерии среднего калибра с их подачными трубами.
Подводную часть корпуса прикрывала бронированная палуба, проходящая от форштевня до кормовой башни выше, и далее в корму ниже ватерлинии. Остальная часть корпуса и надстройки осталась без броневой защиты.
Высказывались критические замечания, что как у броненосцев типа «Бранденбург», так и у броненосцев типа «Кайзер» большая часть надводной поверхности корабля осталась не защищенной броней.
Тем не менее, у броненосцев типа «Кайзер» в результате превышения весовой нагрузки осадка так возросла, что броневой пояс почти полностью ушёл под воду. Это явилось причиной последующей крупной модернизации этих кораблей.
Кроме бронирования в систему защиты корабля входили специальные устройства конструктивной защиты в виде бортовых продольных коффердамов (коридоров), разделения подводной части корпуса на крупные основные отсеки и относительно мелкие водонепроницаемые помещения и цистерны, защита котельных отделений ямами с углём, а небронированной части бортов пробковыми коффердамами.
Некоторая неопределённость в развитии технических возможностей того времени отразилась и на котельных установках кораблей, когда на броненосцах «Кайзер Фридрих III» и «Кайзер Барбаросса» установили британские котлы типа Торникрофта, в то время, как на остальных кораблях использовали уже немецкую модификацию котлов «морского» типа системы Шульца, изготовляемые заводом «А.Г.Германия», Берлин-Тегель.
На броненосцах типа «Кайзер» постройки различных верфей число и расположение КО, число и тип установленных в них котлов были различными. При одинаковой общей длине корпуса корабля это отразилось на назначении и длине основных водонепроницаемых отсеков.
На этих кораблях нашло применение ещё одно прогрессивное нововведние. Броненосцы типа «Кайзер» в отличие от броненосцев типа «Бранденбург», имевших по два гребных винта, были первыми крупными кораблями в германском флоте с тремя гребными винтами, после того как это техническое новшество в 1890 г. впервые применили на броненосном крейсере «Кайзерин Аугуста». С этих пор и до проекта линейного корабля типа «Н» (1939 г.) немецкий военно-морской флот неизменно выбирал для своих крупных кораблей энергетическую установку с тремя винтами.
Исключение было сделано только для линейных крейсеров кайзеровского флота, ряда проектов непостроенных линейных кораблей 1915-18 гг., а также авианосца «Граф Цеппелин» (1937 г.), имевших четыре гребных винта. В других военно-морских флотах энергетические установки с тремя винтами встречались довольно редко. В Англии они совсем не нашли применения. Англичане устанавливали на своих броненосных кораблях сначала два, затем четыре гребных винта.
Повышение давления пара в котлах, применение поверхностной конденсации взамен конденсации вспрыскиванием и четырёхцилиндровых паровых машин тройного расширения способствовало как повышению скорости хода, так и дальности плавания.
