Mô đun xử lý XML (XML Processing model): mô đun này quản lý hoặc xử lý thông điệp SOAP là một trong những phần khó khăn nhất trong việc thực hiện một thông điệp. Vấn đề nâng cao hiệu suất trong xử lý thông điệp mà một trong
những nhân tố quan trọng nhất để quyết định hiệu suất của một hệ thống dịch vụ Web. Axis xử dụng DOM để biểu diễn lược đồ của thông điệp thì Axis2 sử dụng kỹ thuật XML InfoSet để biểu diễn thông điệp SOAP, kỹ thuật này được biết đến trong thuật ngữ AXIOM.
Mô đun mô hình xử lý SOAP (SOAP Processing model): mô đun này kiểm soát sự thực hiện của các xử lý, xác định các giai đoạn khác nhau mà việc thực hiện sẽ phải đi qua, người sử dụng có thể mở rộng mô hình xử lý SOAP này tại các địa điểm cụ thể.
Mô đun mô hình thông tin (Information model): mô đun này để quản lý xử lý thông tin. Mô hình này có một số đặc điểm chính sau như: khả năng lưu trữ hai trạng thái tĩnh và động, có một thành phần riêng biệt để xử lý các thông tin logic tương ứng, quản lý phiên làm việc và quản lý vòng đời của một dịch vụ.
Mô đun triển khai: mô đun này cho phép người dùng dễ dàng triển khai các dịch vụ, thực hiện cấu hình và mở rộng mô hình xử lý SOAP. Mô hình này hỗ trợ cơ chế triển khai nóng, cập nhật nóng nghĩa là cho phép cập nhật thông tin mới nhất trên môi trường đang chạy.
Mô đun giao diện thao tác phía người dùng (Client API): mô đun này cung cấp một giao diện thao tác thuận tiện cho người dùng tương tác với các dịch vụ Web khi sử dụng Axis2.
Mô đun giao thức vận chuyển: Axis2 định nghĩa một khung vận chuyển cho phép người dùng sử dụng và tiếp xúc với các dịch vụ tương tự nhau trong nhiều giao thức vận chuyển khác nhau. Các giao thức vận chuyển đó phù hợp với cho những nơi cụ thể trong mô hình xử lý SOAP. Axis2 cung cấp một vài phương thức vận chuyển như : HTTP, SMTP, JMS, TCP. Ngoài ra, người cùng có thể viết thêm hoặc tùy chỉnh giao thức vận chuyển trong trường hợp cần thiết.