A nau portuguesa do século XVI pode caracterizar-se como um navio redondo de alto bordo, com uma relação de 3:1 entre o comprimento e a largura máxima, três ou quatro cobertas, castelos de popa de três pavimentos (tolda, alcáçova e chapitéu) e proa de dois (guarita e sobreguarita) cuja arquitectura se integra perfeitamente no casco; arvorava três mastros, o grande e o traquete com pano redondo, e o da mezena com pano latino. É um navio de carga por excelência, destinado a percorrer longas distâncias em rotas conhecidas, tirando partido do aparelho pelo conhecimento prévio dos regimes de ventos, mas andava armado com peças de grande calibre: "A nau da Índia era.... um transporte armado em guerra", como tão bem definiu Oliveira Martins (Portugal nos Mares, vol. I, reed., 1988, p. 98).
Com o regresso de Bartolomeu Dias da viagem em que dobrou o cabo da Boa Esperança (1487-1488), ficou claro que eram necessários navios de tipo diferente da caravela para enfrentar os “mares que lhe comiam os navios”, mares estes “tão grandes que os não podia navegar com as caravelas”, segundo as palavras que Gaspar Correia atribui a João Infante, que seguia na armada (Lendas da Índia, vol. I, Porto, 1975, pp. 8-9).
Por outro lado, uma vez conhecidos os condicionalismos físicos de navegação no Atlântico Sul, na primeira viagem à Índia, em 1497-1499, Vasco da Gama pôde evitar a rota seguida por Bartolomeu Dias, que progrediu penosamente ao longo da costa ocidental africana contra ventos e correntes que lhe eram adversos. Fazendo uma grande volta no mar, que aproximou a armada da costa do Brasil, Gama contornou os ventos gerais ou alíseos tirando partido do velame redondo das suas naus, adequado para navegar com vento pela popa. Como acontece amiúde na navegação à vela, uma rota mais longa no espaço torna-se mais curta se for percorrida com vento favorável.
A nau respondia também a uma maior necessidade de carga. As viagens para o Oriente eram mais longas, pelo que se transportava maior quantidade de alimentos sólidos e líquidos para o sustento da tripulação, tanto mais que a rota impunha longos períodos de navegação sem ver a costa ou quaisquer pontos de apoio, como sucedia precisamente nessa volta pelo largo. Acrescia o factor comercial: o comério das especiarias implicava o transporte de uma carga valiosa, mas volumosa, que requeria espaços adequados para o seu acondicionamento. A tudo respondia a nau, com o seu casco bojudo, e ampla capacidade de acomodação.
Sabemos que a viagem de Gama foi preparada com especial cuidado, tendo-se começado a fabricar os navios ainda no reinado de D. João II. Testemunhos da época atestam que estes navios não seriam muito diferentes daqueles que, do mesmo tipo, já eram conhecidos tanto em Portugal como na Europa. É porém possível deduzir que se atentou no reforço da estrutura do casco e na embarque de sobresselentes que não poderiam ser facilmente substituídos numa viagem tão longa (como velas e cordas, por exemplo). A nau da Índia destacar-se-ia talvez por dois factores em relação aos navios seus similares: especial robustez de construção, segundo se pode deduzir de alguns apontamentos esparsos na documentação e pelos remanescentes arqueológicos, e uma superfície vélica superior ao que seria normal, tal como surge na iconografia da época (nomeadamente nas relações ilustradas da Carreira da Índia, como a Memória das Armadas, da Academia das Ciências de Lisboa, e o Livro de Lizuarte de Abreu, da The John Pierpont Morgan Library, ambos representando navios do terceiro quartel do século XVI).
A experiência mostrou que o comércio das especiarias e de outros bens não poderia vir a estabelecer-se sem recurso à força armada. Sendo um navio de carga, a nau portuguesa do século XVI foi armada com peças de artilharia que lhe atribuíram uma capacidade militar naval imprescindível para a segurança da navegação. Mas era sobretudo um navio comercial; para a guerra naval os Portugueses empregaram sobretudo outro tipo de embarcações, como o galeão e a caravela redonda.
Tem sido muito discutido o problema do gigantismo destas embarcações. Na verdade sabe-se que as naus de Vasco da Gama teriam até uns 120 tonéis de arqueação (correspondendo à capacidade efectiva de trasnportar 120 tonéis no espaço abaixo da coberta, porque era assim que se media a arqueação nesta época), e por estes valores, ou um pouco acima, andavam as embarcações similares que navegavam para outros destinos comerciais, no Atlântico, no Mediterrâneo ou nos mares do Norte da Europa. Mas as naus da Índia eram notoriamente maiores, tendo chegado rapidamente aos 400, 500 e 600 tonéis: a maior das naus de Pedro Álvares Cabral, que partiu para a Índia em 1500, logo depois de Vasco da Gama, já teria 300 tonéis. Mas não devem ter fundamento as notícias que dão conta de naus portuguesas, no século XVI, com 1000 ou mais tonéis, a não ser em casos absolutamente exepcionais. Estes valores aparecem em testemunhos de natureza a mais diversa, quase sempre produzidos por autores pouco ou nada ligados ao mar ou com conhecimento dos aspectos técnicos da navegação. Na verdade, quando aparecem os tratados portugueses de arquitectura naval, a partir de c. 1570, e se multiplicam os documentos técnicos, desde c. 1590, torna-se patente que nestes documentos, que reflectem um conhecimento profundo da arte da construção naval, os valores médios andam pelos 500 a 600 tonéis para as maiores das naus, e mantêm-se pelos inícios do século XVII. Nesta centúria houve tendência para registar um aumento das tonelagens, chegando (agora sim) aos 900 e 1000 tonéis, atestados em documentos técnicos, apesar destes valores serem mais invulgares que correntes. Não obstante, é certo que quando se começaram a construir naus com quatro cobertas, estas teriam maior arqueação que as de três: porém os peritos nunca se entenderam, como se verifica em vários pareceres do segundo quartel de Seiscentos, achando vários deles que as naus de cobertas, mais pequenas e robustas, eram preferíveis.
