國家體育場頂面呈馬鞍形，長軸332.3米，短軸296.4米，最高點高度68.5米，最低點高度42.8米..新設計方案在保持“鳥巢”建築風格不變的前提下，對結構布局、建築截面形式、材料利用率等問題進行了大幅調整和優化。取消了原設計方案中的可開啟式屋頂，加大了屋頂的開口，並通過優化鋼結構大大降低了用鋼量。大跨度屋頂支撐在24根桁架柱上，間距37.96米。主桁架呈放射狀布置在屋頂中部的開口周圍，22根主桁架是直的或接近直的。為了避免過於復雜的節點，少數主桁架在內環附近被截斷。大量的鋼結構是由鋼板焊接而成的箱形構件，交叉布置的主桁架與屋頂和立面的子結構壹起形成了“鳥巢”的特殊建築造型。主看臺采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，與大跨度鋼結構完全分離。
“鳥巢”被壹個巨大的鋼網包圍著，罩住了91，000人的體育場。觀光樓梯自然成為結構的延伸；柱子不見了，受力均勻的網像樹枝壹樣沒有明確的方向，讓人覺得每壹個座位都是平等的，置身其中就像回到了森林；將陽光過濾成擴散充氣膜，讓球場告別陽光陰影；整個地形上升4米，內部作為輔助設施，避免了挖掘所消耗的巨額投資。
鳥巢是大跨度曲面結構，有大量曲面箱形結構。設計和安裝都極具挑戰性，在建設過程中處處都少不了科技支撐。“鳥巢”采用當今先進的建築技術，整個工程有二三十個技術難題，其中鋼結構是世界上獨壹無二的。“鳥巢”鋼結構總重量為42000噸，最大跨度為343米。而且結構相當復雜，它的三維扭曲像麻花壹樣處理。施工後沈降、變形、吊裝等問題正在逐步解決，相關施工技術問題也被列為科技部重點研究項目。
現在，“鳥巢”已經完成混凝土施工，開始鋼結構施工。為了有效控制構件的最大壁厚，減少焊接工作量，使連接結構更加合理，設計中采用了高強度Q460鋼。
說起Q460鋼，大部分人可能都不了解。“鳥巢”的結構設計奇特新穎，而這次建造它的鋼結構Q460有很多獨到之處:Q460是壹種低合金高強度鋼，只有在應力強度達到460 MPa時才會發生塑性變形，大於普通鋼材，因此生產難度很大。這是Q460鋼在我國首次用於建築結構。此次使用的鋼板厚度為110 mm，這在以往是絕無僅有的。在國家標準中，Q460的最大厚度僅為100 mm..過去，這種鋼材壹般從盧森堡、韓國和日本進口。為了給“鳥巢”提供壹個“合適”的Q460，從2004年9月起，河南舞陽特鋼的科研人員開始了半年多的科技攻關，三次試制終於成功。如今，“鳥巢”用Q460鋼已經開始批量生產。2008年，400噸具有自主創新和知識產權的國產Q460鋼將支撐“鳥巢”。