Selon la terminologie de son constructeur, Ariane 5 comprend le composite inférieur partie du lanceur mise à feu avant le décollage, le composite supérieur qui regroupe la case à équipement et le deuxième étage, et enfin la charge utile avec sa coiffe.
Les « étages d’accélérations à poudre » (EAP, ou P230) sont composés d’un tube métallique contenant le propergol solide (la poudre) et d’une tuyère. Les deux EAP sont identiques, ils entourent l’EPC (« étage principal cryotechnique »).
Ces propulseurs mesurent chacun 31 mètres de haut pour trois mètres de diamètre. Embarquant 237 tonnes de poudre, ils délivrent 92 % de la poussée totale du lanceur au décollage. Après épuisement de la poudre, environ 132 secondes après leur allumage, ils sont séparés du lanceur à environ 70 kilomètres d’altitude pour retomber dans l’océan Atlantique.
L’« étage principal cryotechnique » (EPC) est composé principalement de deux réservoirs (hydrogène liquide (LH2) et oxygène liquide (LOX)) et du moteur Vulcain (Vulcain II pour Ariane 5 évolution (ECA)). Ce moteur cryogénique (le Vulcain), utilise 160 tonnes d’hydrogène et d’oxygène liquides refroidis à -253 °C.
Cet étage est mis à feu dès le décollage et assure seul la propulsion du lanceur durant la deuxième phase de vol du lanceur après le largage des étages d'accélération à poudre. Il fonctionne en tout durant une dizaine de minutes.
Le composite supérieur comprend la case à équipement et, en fonction de la charge utile emportée, un étage supérieur à moteur à ergols stockables (dans le cas d’une Ariane 5 avec étage supérieur EPS) ou à ergols cryotechniques (dans le cas d’une Ariane 5 avec étage supérieur ESC).
Le composite supérieur assure la propulsion du lanceur après l'extinction et le largage de l'étage EPC. Il fonctionne durant la troisième phase de vol qui dure environ 25 minutes).
La case à équipement accueille le système de contrôle et de guidage du lanceur. Elle est située directement au-dessus de l’EPC dans le cas d’une Ariane 5 Generic ou en version A5E/S et entoure alors le moteur Aestus de l’EPS. Dans le cas d’une Ariane 5E/CA, la case à équipement est située au-dessus de l’ESC. La case à équipement est le véritable poste de pilotage du lanceur. Il orchestre l’ensemble des contrôles et des commandes de vol, les ordres de pilotage étant donnés par les calculateurs de bord via des équipements électroniques, à partir des informations fournies par les centrales de guidage. Ces calculateurs envoient également au lanceur tous les ordres nécessaires à son fonctionnement, tels que l’allumage des moteurs, la séparation des étages et le largage des satellites embarqués. Tous les équipements sont doublés (redondance), pour qu’en cas de défaillance de l’un des deux systèmes, la mission puisse se poursuivre.
Un des principaux systèmes de la case à équipement est le correcteur d’attitude. L’architecture du Système de Contrôle d’Attitude (SCA) comprend deux réservoirs sphériques en titane contenant chacun 38 litres d’hydrazine (un composé organique azoté) et de petits propulseurs assurant la réalisation des corrections.
Voici quelques uns des autres instruments que contient la case à équipement :
L’« étage à propergols stockables » (EPS) est composé du moteur Aestus et de ses réservoirs d’ergols (monométhylhydrazine (MMH) et peroxyde d'azote N2O4.
L’« étage supérieur cryogénique » (ESC) utilise, comme son nom l’indique, un moteur cryotechnique : le HM-7-B ou, dans le futur, le moteur Vinci.
La charge utile est constituée par les satellites qui doivent être placés sur orbite. Pour permettre les lancements de plusieurs satellites, ceux-ci sont disposés sous la coiffe dans un module SPELTRA (Structure Porteuse Externe pour Lancements Multiples) ou SYLDA (SYstème de Lancement Double Ariane).
Ces modules permettent de placer en orbite deux satellites distincts, l’un après l’autre : un des satellites est positionné sur le module SPELTRA/SYLDA, l’autre à l’intérieur.
Les charges utiles et le séparateur sont largués durant la quatrième phase de vol : la phase balistique. Selon les caractéristiques de la mission les largages peuvent être faits immédiatement ou plusieurs dizaines de minutes après le début de cette phase. Les actions effectuées sont des mises en rotation, des éloignements, etc.
La coiffe protège les charges utiles durant le vol dans l’atmosphère. Elle est larguée dès qu’il n’y a plus de frottements. Ce largage est effectué peu après le largage des EAP, à une altitude d'environ 110 km.