El diseño del nuevo hospital Gran Montecelo ha tenido varios condicionantes de partida. Según reza la memoria descriptiva del proyecto seleccionado, uno de ellos es que debía permitir crear un nuevo modelo de organización basado en la "alta resolución de la atención ambulatoria", de modo que el paciente que acuda pueda someterse a pruebas diagnósticas y obtener el tratamiento correspondiente en una misma jornada. Por este motivo, el diseño plantea dos ejes que comunicarán el nuevo hospital (donde estarán ubicadas las pruebas diagnósticas y las especialidades más complejas) con el actual Montecelo, reservado para esa atención ambulatoria y cirugía sin ingreso. Uno de los ejes será una gran calle hospitalaria que unirá ambos edificios y otro un circuito interno que conectará las áreas de tratamiento y diagnóstico con las áreas de hospitalización.
Otro de los condicionantes es que el servicio de rayos debía permanecer en su actual ubicación, lo que obligó a colocar las nuevas Urgencias en el nivel 1, y otro era que el actual bloque quirúrgico debe transformarse en el futuro departamento de Cirugía Mayor Ambulatoria, lo que llevó a situar a la misma altura los nuevos quirófanos.
El edificio tendrá una base rectangular que servirá como zócalo de las plantas dedicadas a hospitalización, que tendrán forma de zigzag "en búsqueda de las mejores vistas posibles" hacia la ciudad capitalina y la ría. En la -1 estarán ubicados Servicios Centrales, Cocina y Limpieza (entre otros), en la planta cero se ubicarán Información, Admisión, Laboratorios, Diálisis, el Hospital de Día y nuevos servicios como un Centro de Día, una Guardería y Radioterapia.
En la planta uno irán las Urgencias, que duplicarán su espacio para unificar los servicios actuales de Montecelo y Provincial, Medicina Nuclear (de nueva creación), Diagnóstico por Imagen, y Rehabilitación. La segunda planta queda reservada para Consultas Externas, Hospital de Día Psiquiátrico, Hado y Neurofiosología, mientras que la tercera albergará los quirófanos, cuidados críticos, y la nueva UCI pediátrica, que será completada con un espacio de hospitalización reservada para la población infantil. La cuarta será una planta técnica (de unión entre los distintos volúmenes del edificio) y a partir de esta se sucederán las plantas de hospitalización. La quinta será para Cardiología y Obstetricia, la sexta y séptima para Medicina Interna, Digestivo, Neurología, Urología, Dermatología, Reumatología y Neumología, y la octava para Traumatología. La novena y última será para instalaciones varias. Finalizado el proyecto, el hospital dispondrá de 720 camas, más de la mitad de uso individual.
El acceso central se mantendrá como tal durante las obras. Una vez finalizadas, habrá otro acceso principal (en la planta cero), otro a Urgencias, y otros secundarios a servicios, como el Hospital de Día, Radioterapia y Diálisis.