Башня и корпус K9 Thunder полностью свариваются из листов стальной катаной брони, обеспечивающей защиту экипажа от огня стрелкового оружия, а также осколков мин и снарядов. В стандартное оборудование установки входят система защиты от оружия массового поражения, обогреватель, средства связи, противопожарная система и комплект приборов ночного видения. Экипаж самоходки состоит из пяти человек: командира, механика-водителя, наводчика и двух заряжающих.
В передней части 47-тонной машины располагается отделение управления с рабочим местом механика-водителя и моторно-трансмиссионное отделение, кормовую часть машины занимает боевое отделение с башней.
На машине установлен дизельный двигатель MTU 881 серии, который развивает мощность 735 кВт. Дизель сблокирован с автоматической трансмиссией XI 100-4АЗ фирмы "Аллисон", обеспечивающей движение вперед на четырех передачах и задний ход на двух. Силовая установка позволяет машине двигаться по дорогам с твердым покрытием с максимальной скоростью 67 км/ч, при этом запас хода составляет 480 км. Самоходная гаубица K9 Thunder имеет гидропневматическую подвеску, отличается повышенной проходимостью и плавностью хода.
В башне кругового вращения установлена длинноствольная 155-мм гаубица, оснащенная щелевым дульным тормозом и эжектором. На стволе орудия расположен датчик начальной скорости снаряда, который передает полученную информацию бортовому компьютеру. На крыше башни смонтирован 12,7-мм пулемет для стрельбы по наземным и воздушным целям.
Автоматическая система подачи боеприпасов обеспечивает максимальную кратковременную скорострельность - 3 выстрела за 15 секунд. В обычных условиях расчет производит 6 выстрелов в минуту. Снаряды заряжаются в казенную часть и досылаются автоматически, тогда как метательные заряды в обычных картузах или современные модульного типа укладываются вручную. Боекомплект самоходки состоит из 46 выстрелов раздельного заряжания.
При стрельбе снарядами ERFB-HE (активно-реактивный фугасный снаряд с ведущим пояском) максимальная дальность составляет 50 км, при использовании активно-реактивного снаряда — 40 км. Экипаж может открыть огонь всего через 30 секунд после остановки машины. Его снаряды летят к одной и той же цели по разным траекториям, это позволяет уничтожать противника со 100% вероятностью. Возможна стрельба ядерными боезарядами.
Гаубица K9 Thunder используется в группах с автоматическим транспортным средством пополнения боеприпасов K10.