战列舰的防护极为重视。按照设计要求，该舰的侧舷装甲应能够承受自身508毫米主炮在20000-30000米距离上的打击，水平甲板还能抵御从2000米高度以下投下的1吨重航空炸弹（以1935年的轰五轰炸机超低空掠海飞行投下的1吨航空炸弹作为抵御标准，但无法防住轰六轰炸机从6000米以上高度投下的2~5吨当量的航空炸弹）。实际上，从5千米的高空投弹基本上是炸不着目标的。
为实现上述要求，光华大帝号战列舰一共安装了4万多吨中华特种钢装甲和防御钢板，占全舰正常排水量的33%。该舰的弹药舱、蒸汽轮机室、核反应堆舱、核燃料舱、电机房等要害部位被集中布置在战舰的中后部的多层厚重装甲带保护的防御区内，（从前主炮前端一直延伸到后主炮后端的位置）。防御区内的舷侧装甲从战舰舯部水线处一直延伸至战舰底部，其上端水线处的主装甲带厚度达550毫米，主装甲带以下的舷侧列板的厚度为275-400毫米（由上至下递减）。防御区顶部的装甲敷设在战舰的中线甲板处，厚度为200-430毫米（采用加入钼的均质镍镉合金钢）。防御区划的前后两端则由270－350毫米厚的装甲横隔壁防护。尤其是核反应堆，位于战舰最中央，除了外围的500毫米左右的装甲防护外，内壁增加了450毫米二层装甲防护，内壁和外壁之间是一道0.5米宽的钢筋混合水泥墙壁，起到缓冲作用（实际上是反应装甲的前身）。内壁至核反应堆还有一个1.5米厚的水泥隔离区，使得反应堆处于绝对安全状态，任何爆炸都不会影响核反应堆的正常运行。
光华大帝号战列舰的核反应堆采用压水反应堆，利用轻水（普通水h2o）和石墨作为冷却剂和中子慢化剂。其冷却系统由两个循环回路组成。一回路连接着堆芯和二回路中的蒸汽发生器，回路内压强保持在15000个大气压左右，在此压强下可将冷却水加热至约3430c而不沸腾。冷却水在二回路蒸汽发生器的传热管中将压强约为7000个大气压左右的二回路水加热至沸腾（温度约2600c），形成的水蒸气（过滤掉混杂的液态水后）再通过二回路送至汽轮机，推动涡轮发动机运转。在传热管中释放了热能的一回路水以2900c左右的温度回流至堆芯，完成一回路循环。从汽轮机流出的二回路水经冷凝器凝结为液态水后，回流至蒸汽发生器，完成二回路循环。
反应堆堆芯位于压力壳内，由排列为方形的燃料组件组成。燃料一般是富集程度在2%～4.4%的烧结二氧化铀。和中华帝国核物理实验室此前研究的重水反应堆和沸水反应堆相比，压水堆堆芯体积更小，堆芯的功率密度较大，成本低等特点，发电效率约为33%。
光华大帝号战列舰的动力系统由八座轻水反应堆提供