כציוד ליבה להעמסה ופריקה של מטענים נוזליים בנמלים ובספינות, התכנון המבני של זרועות הטעינה הימית משפיע ישירות על היעילות התפעולית, הבטיחות וחיי השירות. זרועות טעינה ימיות מודרניות משתמשות בדרך כלל בזרוע רובוטית מרובת-משולבת בשילוב עם מערכת בקרה הידראולית או אלקטרו- הידראולית כדי להתאים את עצמן לתנאי ההפעלה המורכבים של סוגי אוניות שונות וסביבות רציף.
המבנה העיקרי מורכב בדרך כלל ממרכיבי מפתח כגון העמוד, הזרוע הפנימית, הזרוע החיצונית ומפרק המסתובב. העמוד, המשמש כבסיס התומך, דורש חוזק ויציבות מספקים והוא מרותך בדרך כלל מפלדה בעלת חוזק- גבוה ומאובטח לרציף באמצעות עוגנים. הזרועות הפנימיות והחיצוניות מחוברות במפרק מסתובב, ויוצרות מבנה גמיש, דו-- או רב--מקטע כדי לכסות מיקומים שונים של פתח תא המטען של הספינה. המפרק המסתובב הוא מרכיב הליבה של זרוע הטעינה, הכולל מערכת איטום רב-שכבתית משולבת כדי להבטיח אפס דליפה של חומרים נוזליים או גזיים במהלך טעינה ופריקה, תוך עמידה בהשפעות המשולבות של מומנטים צירים, רדיאליים והתהפכות.
המערכת ההידראולית מספקת כוח לזרוע הטעינה, שולטת בהארכה ומשיכה של הצילינדרים כדי להשיג מיקום מדויק של הזרוע. זרועות העמסה מודרניות מצוידות בדרך כלל במערכות בקרה אוטומטיות. בשילוב חיישנים ותכנות PLC, הם מנטרים את זווית הזרוע, הלחץ והטמפרטורה בזמן אמת כדי להבטיח פעולה בטוחה. כמה עיצובים מתקדמים משלבים גם מנגנוני הגנה נגד-התנגשות המפעילים באופן אוטומטי עצירת חירום כאשר מתגלים עומסים חריגים או חוסר יישור.
מבחינת בחירת החומר, זרועות הטעינה הימית חייבות לעמוד בדרישות עמידות בפני קורוזיה ובלאי. חלקים החשופים למדיה קורוזיבית עשויים בדרך כלל מפלדת אל חלד או מסגסוגות מיוחדות, עם טיפול אנטי- בפני קורוזיה כדי להאריך את חיי השירות. תכנון מבני צריך לקחת בחשבון גם התרחבות והתכווצות תרמית. חלקי פיצוי גמישים משמשים להפחתת ריכוז הלחץ בסביבות עם תנודות טמפרטורה גדולות.
עם הדרישות הגוברות של תעשיית הספנות ליעילות והגנה על הסביבה, זרועות הטעינה הימית נעות לעבר עיצוב קל משקל וחכם. עיצובים מודולריים מפשטים את התחזוקה, בעוד שמערכות ניטור בטיחות משולבות מפחיתות עוד יותר את הסיכונים התפעוליים. בעתיד, פריצות דרך בחומרים וטכנולוגיות בקרה חדשות יביאו לאופטימיזציה נוספת של הביצועים המבניים של זרועות הטעינה הימית, ויספקו הגנה אמינה יותר לסחר עולמי במטענים נוזליים.