“尼米兹”级航母的最大特点是舰体巨大。首舰“尼米兹”号舰长332.9米，舰宽40.8米，吃水11.3米，满载排水量91487吨。该级航母从第四艘“罗斯福”号以后，进行了一系列的改进，排水量有所增加，“罗斯福”号达到了96400吨左右，而第5艘“林肯”号以后的各舰则都突破了10万吨大关，当之无愧地成为有史以来最大的战舰。
“尼米兹”级航母的舰型外观与“福莱斯特”级和“企业”号大同小异，机库甲板以下的舰体是整体的水密结构，由内外两层壳体组成。除外壳体的高强度舰壳板满足防御要求外，内壳体由防护装甲板组成一个装甲壳体，保护动力舱、油舱、弹药舱等重要部位。飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板都有约50mm厚的装甲钢板防护，水线以下的两舷侧设有4道纵隔壁的防雷结构，垂向分为8层，沿舰体每12—13米设1道水密横隔壁，共23道水密横隔壁。另设10道防火隔壁。纵横向隔壁共将舰体分成2000多个水密隔舱，保证了舰体能够有效抗沉。
飞机甲板采用全封闭设计，表面平坦宽阔，形状仿佛一个酒瓶，左右基本对称，整个飞行甲板包括舰区、起飞区、停机区三大部分，长约332.9米，宽约76.8米。着舰区斜角甲板斜置于飞行甲板后部，与航空母舰中心线的夹角约为12度。飞行甲板下方设有机库，机库宽敞高大，长208米，宽33米，净高7.6米。机库甲板以上共分9层，飞行甲板以下为4层，飞行甲板以上“岛式”上层建筑为5层。机库和飞行甲板之间为吊舱甲板，布置有航空联队的办公区和作战指挥舱室。机库不仅是飞机停放的场所，而且是舰载机检修、加油、供氧、供压缩空气及飞行前准备、飞行后维护等工作的场所，机库内还有完善的自动消防系统和起重机、牵引车等设备。在机库的后方是飞机发动机维修间，可以对各种发动机进行各种等级的维修。为了把舰载机从机库中提升到飞行甲板上，舰上还设置了4部大型升降机，全都设置在航空母舰的侧舷，左舷有1部，右舷有3部，可以在1分钟之内把飞机从机库提升到飞行甲板或从飞行甲板放回机库。左舷其余部分布置办公室、控制室、通道等。
“尼米兹”级的飞行甲板上也设有4部c13-1型蒸汽弹射器用于舰载机起飞，其中2部设在舰艏，另2部设置在斜角甲板的前部。每部弹射器隔20秒就可以弹射1架飞机，4部弹射器同时使用1分钟就可以弹射12架飞机。c13-1型弹射器能量很大，可以把舰上最重的飞机（重约30吨）以每小时360千米的速度弹射出去，保证舰载机在不到100米的距离上起飞。斜角甲板横向设置了4条拦阻索，在飞机着舰时，用尾钩钩住其中1根拦阻索，拦阻索把飞机着舰时的巨大能量传递到缓冲器上，缓冲器把这些能量全部吸收，使飞机在滑60—90米之后完全停下来。在第4条拦阻索之前还设有一个拦阻网，拦阻网平时是倒置的，只有在飞机无法使用拦阻索时或使用拦阻索无法降落时才会竖起，成为飞机安全着舰的最后保障。依靠这一套拦阻索装置，“尼米兹”级航母每隔35—40秒就能让一架飞机降落。
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