整個體育場結構的組件相互支撐，形成網格狀的構架，外觀看上去就仿若樹枝織成的鳥巢，其灰色礦質般的鋼網以透明的膜材料覆蓋，其中包含著一個土紅色的碗狀體育場看臺。在這里，中國傳統文化中鏤空的手法、陶瓷的紋路、紅色的燦爛與熱烈，與現代最先進的鋼結構設計完美地相融在一起。

整個建筑通過巨型網狀結構聯系，內部沒有一根立柱，看臺是一個完整的沒有任何遮擋的碗狀造型，如同一個巨大的容器，賦予體育場以不可思議的戲劇性和無與倫比的震撼力。這種均勻而連續的環形也將使觀眾獲得最佳的視野，帶動他們的興奮情緒，并激勵運動員向更快、更高、更強沖刺。在這里，人，真正被賦予中心的地位。

“鳥巢”外形結構主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱，現已完成20根桁架柱整柱及2根下柱吊裝。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。在保持“鳥巢”建筑風格不變的前提下，新設計方案對結構布局、構建截面形式、材料利用率等問題進行了較大幅度的調整與優化。原設計方案中的可開啟屋頂被取消，屋頂開口擴大，并通過鋼結構的優化大大減少了用鋼量。大跨度屋蓋支撐在24根桁架柱之上，柱距為37.96米。主桁架圍繞屋蓋中間的開口放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通。為了避免出現過于復雜的節點，少量主桁架在內環附近截斷。鋼結構大量采用由鋼板焊接而成的箱形構件，交叉布置的主桁架與屋面及立面的次結構一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型。主看臺部分采用鋼筋混凝土框架一剪力墻結構體系，與大跨度鋼結構完全脫開。

“鳥巢”是2008年北京奧運會主體育場。由2001年普利茨克獎獲得者赫爾佐格、德梅隆與中國建筑師合作完成的巨型體育場設計，形態如同孕育生命的“巢”，它更像一個搖籃，寄托著人類對未來的希望。設計者們對這個國家體育場沒有做任何多余的處理，只是坦率地把結構暴露在外，因而自然形成了建筑的外觀。

“鳥巢”結構設計奇特新穎，而這次搭建它的鋼結構的Q460也有很多獨到之處：Q460是一種低合金高強度鋼，它在受力強度達到460兆帕時才會發生塑性變形，這個強度要比一般鋼材大，因此生產難度很大。這是國內在建筑結構上首次使用Q460規格的鋼材；而這次使用的鋼板厚度達到110毫米，是以前絕無僅有的，在國家標準中，Q460的最大厚度也只是100毫米。以前這種鋼一般從盧森堡、韓國、日本進口。為了給“鳥巢”提供“合身”的Q460，從2004年9月開始，河南舞陽特種鋼廠的科研人員開始了長達半年多的科技攻關，前后3次試制終于獲得成功。如今，為“鳥巢”準備的Q460鋼材已經開始批量生產。2008年，400噸自主創新、具有知識產權的國產Q460鋼材，將撐起“鳥巢”的鐵骨鋼筋。

此外，屋頂內環主桁架吊裝和立面次結構安裝已全面展開。“鳥巢”鋼結構所使用的鋼材厚度可達11厘米，以前從未在國內生產過。另外，在“鳥巢”頂部的網架結構外表面還將貼上一層半透明的膜。使用這種膜后，體育場內的光線不是直射進來的，而是通過漫反射，使光線更柔和，由此形成的漫射光還可解決場內草坪的維護問題，同時也有為座席遮風擋雨的功能。

更為匠心獨具的是，“鳥巢”把整個體育場室外地形微微隆起，將很多附屬設施置于地形下面，這樣既避免了下挖土方所耗的巨大投資，而隆起的坡地在室外廣場的邊緣緩緩降落，依勢筑成熱身場地的2000個露天座席，與周圍環境有機融合，并再次節省了投資。

評審委員會主席、中國工程院院士關肇鄴評價說，這個建筑沒有任何多余的處理，一切因其功能而產生形象，建筑形式與結構細部自然統一。

設計并搭建“鳥巢”不易，要讓“鳥巢”在未來的日子里充滿生機與活力更為不易。據介紹，“鳥巢”設計之初和深化設計的過程中，一直貫穿著節儉辦奧運和可持續發展的理念，在滿足奧運使用功能的前提下，充分考慮永久設施和臨時設施的平衡。按照要求，“鳥巢”共設10萬個座席，其中8萬個是永久性的，另外兩萬個是奧運會期間臨時增加的。

在此基礎上，設計中將“鳥巢”的功能與周圍地區日后定位乃至整個城市的中長遠發展規劃結合起來考慮。根據已確定的規劃方案，“鳥巢”所在的奧林匹克公園中心區賽后將成為一個集體育競賽、會議展覽、文化娛樂、商務和休閑購物于一體的市民公共活動中心。作為北京奧運會主體育場，“鳥巢”將成為北京的標志性建筑之一，在相當長時期內，也將成為參觀旅游的熱點地區。同時，“鳥巢”在設計建設中，還在場地和空間的多功能上下了很大功夫，以提高場館利用效率，除能夠承擔開幕、閉幕和體育比賽外，還將滿足健身、商務、展覽、演出等多種需求，為成功實施“后奧運開發”奠定堅實基礎。

作為北京奧運會主體育場的國家體育場將采用太陽能光伏發電系統。綠色奧運、科技奧運、人文奧運是北京奧運的三大主題，此次尚德太陽能光伏發電系統落戶“鳥巢”，將清潔、環保的太陽能發電與國家體育場容為一體，不僅是對北京奧運會三大主題的極好體現，同時對于提倡使用綠色能源、有效控制和減輕北京及周邊地區大氣污染，倡導綠色環保的生活方式將起到積極的推動作用和良好的示范效應。 太陽能光伏發電系統技術目前處于世界先進水平，該太陽能發電系統是由無錫尚德太陽能電力有限公司自主研發并向國家體育場獨家提供，安裝在國家體育場的12個主通道上，總投資1000萬元人民幣，總容量130千瓦，對國家體育場電力供應將起到良好的補充。