MARIA jest reaktorem o dość nietypowej konstrukcji. Jest reaktorem kanałowym i basenowym jednocześnie. Paliwo jest umieszczone w specjalnych rurowych kanałach paliwowych, zapewniających efektywne jego chłodzenie wodą pod ciśnieniem 1.7 MPa. Kanały paliwowe wraz z pozostałymi elementami rdzenia reaktora, takimi jak: bloki moderatora berylowego i reflektora grafitowego, pręty pochłaniające, zasobniki z materiałami tarczowymi znajdują się w tzw. koszu rdzenia w basenie reaktora pod siedmiometrową warstwą wody. Basen reaktora jest konstrukcją betonową z wykładziną stalową. Basen połączony jest śluzą z sąsiednim basenem przechowawczym, który pełni rolę krótkookresowego przechowalnika wypalonego paliwa i napromienionych elementów konstrukcyjnych oraz eksperymentalnych reaktora.

Rdzeń reaktora MARIA ma konstrukcję modułową, dostosowywaną każdorazowo do programu produkcyjnego lub badawczego. Oprócz elementów paliwowych znajdują się w nim bloki moderatora berylowego, kanały z prętami pochłaniającymi oraz kanały izotopowe różnego typu do prowadzenia napromieniań materiałów tarczowych. W zewnętrznej części kosza znajdują się bloki reflektora grafitowego, urządzenia do napromieniania materiałów o dużej objętości, jak np. krzemu lub minerałów, a także inne urządzenia eksperymentalne, jak np. konwerter wiązki neutronów epitermicznych.

Bezpośrednio za koszem rdzenia rozmieszczone są kanały komór jonizacyjnych, służących do kontroli i sterowania reaktorem.

Betonowa konstrukcja basenu stanowi (wraz z wodą w zbiorniku) boczną osłonę biologiczną reaktora. Na wysokości rdzenia zastosowano ciężki beton o gęstości 3.6 g/cm³. W osłonie betonowej znajduje się 8 otworów. W sześciu z nich zlokalizowano kanały poziome, którymi wyprowadzane są wiązki neutronów wykorzystywane do badań fizycznych.

Konfiguracja przedstawiona na rysunku zawiera większość typowych elementów rdzenia. Oprócz wymienionych wcześniej, pokazano również kanały do napromieniania płytek uranowych do produkcji ⁹⁹Mo oraz kanały poczty hydraulicznej do prowadzenia krótkotrwałych napromieniań. Cyframi arabskimi i małymi literami zaznaczone są pozycje gniazd kanałów paliwowych, cyfry rzymskie i duże litery oznaczają położenia bloków berylowych.

Sterowanie i zabezpieczenie reaktora realizowane jest za pomocą prętów pochłaniających, wypełnionych węglikiem boru (pochłanianie neutronów następuje w izotopie ¹⁰B). Pręty kompensacyjne (PK) służą do kompensacji efektów zatrucia reaktora ¹³⁵Xe i ¹⁴⁹Sm, wypalenia paliwa oraz efektów temperaturowych. Pręty bezpieczeństwa (PB) są podczas pracy reaktora wysunięte ponad rdzeń i służą do wyłączania reaktora. Pojedynczy pręt automatycznej regulacji (PAR) współpracuje z układem automatycznej regulacji mocy i pozwala na automatyczne utrzymywanie stałego poziomu mocy reaktora.