C-5 使用了一种双腔机身结构。这个双腔机身结构在气动外形上，可以看作是将机翼与机身结合处的整流罩拉长、整形，形成上层机身。在这个上层机身中，C-5 布置了驾驶舱、成员休息舱、甚至还有客舱。
而在结构上，C-5 这个上层机身与下层机身构成一个硕大的、完整的双腔结构。这又与整流罩不同。
先说气动。这个双腔机身在气动上的好处是机翼与机身的结合非常顺畅，仅仅需要很小的传统整流罩。下图是飞行中的 C-5，请注意其非常小的传统意义上的整流罩：
再说结构。这个双腔机身在结构上的好处是提高了整个机身的结构效率。这种高结构效率主要是通过三方面实现的。第一个方面是有效地扩大了承力结构的结构高度；第二个方面是获得了额外的结构支撑；第三个方面是大幅地减少了仅仅是整流作用的传统整流罩从而节省了重量。下图是 C-5 的剖视图：
所谓有效地扩大了承力结构的结构高度，是指上腔与下腔成为一个整体，共同承载下腔货舱中沉重的载荷。这比没有上腔而单纯依靠下腔承担巨大载荷，在结构上有利得多。
所谓额外的结构支撑，是指上、下腔之间的隔板给了机身以额外的支撑。这使得机身不必付出过大重量代价来加强结构以获得足够的刚度和强度。
所谓减少了仅仅为了整流而存在的传统整流罩的重量，是指双腔机身的上腔部分已经兼任了传统整流罩的大部分作用。这种兼任比传统的专职整流罩，在飞机结构效率上是个提高。
双腔结构对于运输作业的最直接好处是 C-5 可以有机首和机尾两个巨大的货船门。因为 C-5 的驾驶舱可以安置在上层机身，导致机首可以方便地开启。下图是 C-5 的机首、机尾货舱门全打开的样子：
下图是 C-5 位于上腔机身中的驾驶舱，图中的机首货舱门处于打开状态：
除了驾驶舱，C-5 上腔机身中还有供成员睡觉的成员休息舱和运输人员的客舱。下图是 C-5 上层客舱，单通道每边有三纵座位。类似窄机身客机，但没有舷窗：
与上腔客舱的狭小局促不同，下腔货舱宽阔、高大：
苏俄的 An-124 也是与 C-5 一样的双腔机身结构。下图是机首和机尾的货舱门都打开时 An-124 的下腔货舱：
从下图可见，An-124 与 C-5 一样，在翼身结合处也仅仅需要非常小的传统整流罩：
下图是 An-124 的侧视图，可以看到机翼是横穿机身上腔：
另一种中间道路：大型客机的双腔机身结构
大型客机也是双腔机身。但是大型客机与运输机相反，是中央翼横穿下腔机身，而上腔机身是主要的运载空间——客舱。大型客机机身的上、下腔靠客舱地板分隔。
下图是波音 787 的结构示意图：
