Lớp K được thiết kế trong những năm 1920, tuân thủ theo giới hạn 6.000 tấn dành cho tàu tuần dương Đức của Hiệp ước Versailles.

Lườn tàu

Để giữ tải trọng trong giới hạn cho phép, 85% kết nối của con tàu được hàn thay vì dùng đinh tán. Điều này đã dẫn đến những vấn đề, do mối hàn không thể chịu đựng nổi áp lực do những chuyến đi biển kéo dài. Karlsruhe từng phải ngừng một chuyến đi để sửa chữa cấu trúc lườn tàu tại San Diego. Ngoài ra, các con tàu còn mắc phải những vấn đề về độ ổn định nghiêm trọng, khiến cho chúng chỉ được sử dụng giới hạn trong những vùng biển nhà Bắc Hải và biển Baltic trong Thế Chiến II, và loại trừ việc sử dụng chúng trong vai trò cướp tàu buôn.

Động lực

Các con tàu có đến hai loại động cơ khác nhau. Động cơ turbine hơi nước hộp số được sử dụng cho tốc độ cao, trong khi động cơ diesel dành cho việc đi đường trường tiết kiệm nhiên liệu. Hai hệ thống này không thể sử dụng đồng thời.

Vũ khí

Dàn pháo chính được bố trí trên ba tháp pháo ba nòng, gồm một phía trước và hai phía sau. Cách sắp đặt khác thường như vậy là do lớp K được thiết kế như những tàu tuần dương tuần tiễu với dự định rằng chúng sẽ "đánh và chạy"; vì thế hai phần ba của hỏa lực sẽ hướng ra phía sau nhắm vào các tàu đang đuổi theo. Nhằm tăng cường thêm hỏa lực bắn ra phía trước, những tháp pháo phía sau không được bố trí ngay trên trục dọc của con tàu. Tháp pháo tận cùng phía sau được đặt lệch sang mạn phải, trong khi tháp pháo giữa được đặt lệch sang mạn trái; điều này cho phép tháp pháo giữa có thêm góc xoay hướng về mục tiêu phía trước bên mạn trái, và tháp pháo sau cùng đối với mục tiêu phía trước bên mạn phải. Việc bố trí lệch trục như vậy cũng giúp vào sự phân bố các phòng động cơ.

Lớp K được tiếp nối bởi lớp Leipzig bao gồm hai chiếc Leipzig và Nürnberg, được cải tiến với đặc điểm nổi bật nhất là chỉ có một ống khói gộp thay vì hai, và cả hai tháp pháo phía sau đều cùng nằm trên trục dọc của con tàu. Chúng cũng khác biệt phần nào trong cách bố trí động cơ, nhưng vẫn giữ lại khái niệm hai kiểu động lực. Những con tàu này cũng mắc phải cùng loại khiếm khuyết về cấu trúc và độ ổn định như của lớp K, nên cũng chỉ được sử dụng giới hạn trong những vùng biển nhà Bắc Hải và biển Baltic trong Thế Chiến II vì những lý do này.