Горизонтальная часть броневой палубы в районе цитадели располагалась на 1,6/1,1 м над ватерлинией и на всем протяжении имела толщину 25 мм. Скосы состояли из двух слоев по 25 мм каждый, суммарно имея толщину 50 мм.
Подводная защита была такая же, что и у "Фон-дер-Танна". Противоторпедная переборка по всей высоте имела толщину 30 мм, но в районе погребов боеприпасов толщина противоторпедной переборки увеличили с 30 до 50 мм.
Согласно Campbell [8], на линейных крейсерах имелось 12 отдельных котельных отделений, расположенных попарно шестью эшелонами, в которых стояли 24 котла Шульце-Торникрофта (немецкий военно-морской тип) с естественной циркуляцией и тесно расположенными трубками (площадь нагрева 11 530 кв.м), вырабатывающие пар давлением 16 кгс/кв.см. В первых восьми отдельных котельных отделениях, расположенных вдоль диаметральной плоскости корабля четырьмя эшелонами, было размещено по два котла. Четыре задних отдельных котельных отделения были разделены продольными переборками пополам и вмещали по одному котлу.
Groner [9] дает другое количество и расположение котельных отделений. В общей сложности на кораблях 8 отдельных котельных отделений размещались четырьмя эшелонами. В первых двух эшелонах располагались в ряд поперек корпуса по три котельных отделения (по 2 котла в каждом). Два задних эшелона состояли из одного общего котельного отделения каждый и включали по 6 котлов. Общее количество было то же – 24 котла.
Два комплекта морских турбин Парсонса располагались в трех машинных отделениях. Турбины высокого давления стояли в двух передних машинных отделениях и вращали внешние валы, а турбины низкого давления (в заднем машинном отделении) вращали внутренние валы с трехлопастными винтами диаметром 3,74 м.
Турбины Парсонса были напрямую соединены с четырьмя валами. Это привело к излишне большому диаметру ротора рабочего колеса турбины и наличию в ней нескольких ступеней, так что турбину пришлось изготавливать в виде комплекта из двух турбин. Роторы турбин высокого и низкого давления имели диаметры 1980 мм и 3050 мм соответственно. При этом частота вращения винтов была ещё довольно высока.
Турбинные отделения правого и левого бортов разделялись поперечной переборкой и располагались в межпалубном пространстве выше, чем заднее турбинное отделение. Над турбинным отделением (под броневой палубой) располагалось помещение динамо-машин.
Проектная мощность на валах составляла 52000 л.с. или 2,05 л.с./т полного водоизмещения, против 42000 л.с. как у "Фон-дер-Танна" (увеличение на 24%), что при частоте вращения валов 330 об/мин. позволяло линейному крейсеру развивать скорость 25,5 узлов. Прибавка в скорости, по сравнению с "Фон-дер-Танном", составила 0,7 узла.
При испытаниях на Нейкругской мерной миле турбины "Мольтке" развили форсированную мощность на валах 85 782 л.с. (что превысило проектную на 65%), и при частоте вращения валов 332 об/мин. обеспечило кораблю скорость 28,4 узла. Расход топлива при 6-часовом форсированном ходе при развитой мощности 76 795 л.с. составил 0,67 кг/л.с. в час.
Нормальный запас топлива – 984 т угля, максимальный – 3 050 т, что позволяло иметь дальность плавания 2 370 морских миль при скорости 23 узла и 4 120 морских миль при 14 узлах и было несколько меньше, чем у "Фон-дер-Танна". Позднее корабль принимал около 200 т нефти для вспрыскивания на уголь в топках котлов.Электроэнергию кораблю обеспечивали шесть турбогенераторов общей мощностью 1 500 кВт (напряжение 225 В), против 1200 кВт у "Фон-дер-Танна".
На кораблях имелось два руля, расположенных тандемом – друг за другом (вместо двух параллельных, как у "Фон-дер-Танна", и одного, как у "Блюхера"). Главный руль имел угол поворота до 38°, вспомогательный только 10°. Поэтому на практике вспомогательный руль был малоэффективен. Две отдельно расположенные рулевые машины удалось соединить таким образом, что при помощи каждой рулевой машины поворачивали либо оба руля, либо каждый в отдельности.
Корабли обладали хорошей устойчивой мореходностью, были подвержены небольшому крену в наветренную сторону, имели спокойное плавное движение. Корабли хорошо описывали циркуляцию при переднем ходе, но тяжело выходили из нее. После отклонения руля на угол, больший 60° наступала потеря управляемости, при этом возникал крен до 9°. Первоначально предполагали установить успокоительные цистерны Фрамма, но в дальнейшем от них отказались. Метацентрическая высота составляла 3,01 м, остойчивость была максимальная при 38° крена и нулевой при 68°.
