設計靈感源于中國折扇
　　國家體育館國位于奧林匹克公園中心區的南部，與“鳥巢”和“水立方”和國家會議中心比鄰而居。國家體育館由主體建筑和與之相連的熱身館以及室外環境組成，賽時可容納觀眾約1.8萬人。 　　
    由于比賽場館和場館對空間高度的要求不同，國家體育館以中國“折扇”為設計靈感，采取由南向北的波浪式造型，屋面輕盈而富于動感。這種波浪造型也巧妙地連接了與之南北相應的平頂造型“水立方”和單曲面造型的國家會議中心，使得奧林匹克公園內的城市景觀達到協調統一。
9個“機器人”滑移鋼屋架
　　波浪式造型的屋面輕盈而富于動感，雖然賦予了國家體育館靈動之美，但也為施工帶來了困難。國家體育館鋼屋架南北長144米，東西寬114米，整個體育館鋼屋架工程由14榀桁架組成，總用鋼量達2800噸，鋼屋架形狀呈扇形波浪曲線，是目前國內空間跨度最大的雙向張弦鋼屋架結構體系。 　　
    為了給國家體育館屋頂架上鋼屋架，施工技術人員首次采用了9個“機器人”進行的滑移施工技術。施工人員先對鋼屋架在地面進行組裝，然后把組裝好的每部分鋼屋架吊上屋頂進行拼裝，并嚴格控制鋼屋架焊接點位置。安裝在鋼屋架與軌道之間的9個“機器人”用一臺電腦進行控制，統一編成行進程序，控制滑移的時間和行程。 　　
    滑移過程中，“機器人”在液壓作用下一張一弛，就好比蝸牛背著大貝殼行走一樣，背著幾百噸鋼屋架行走到設定位置。
觀眾與運動員不會交叉
　　國家體育館在場館的西側、北側設置了一定的下沉廣場，賽時運動員、媒體、貴賓等人員可以通過下沉廣場直接進入場館。在體育館東側和南側設置了緩坡式觀眾聚散廣場，觀眾和贊助商可直接從城市道路通過緩坡式聚散廣場進入體育館的觀眾層，避免與運動員、媒體、貴賓和車輛的交叉。
玻璃“衣” 保溫又隔熱
　　國家體育館目前已經完成幕墻安裝，此次的幕墻安裝分明框幕墻、點式幕墻和鋁板玻璃三大類，總面積約為19000平方米。玻璃全部采用的是中空LOW-E玻璃，它具有保溫、隔熱、防紫外線等效果，保證場館內人員不受外面氣候影響，能正常進行比賽等活動。
賽后主打大型賽事和演出
　　奧運會后，國家體育館將是北京座席最多的室內運動館，將成為能夠提供多功能服務的市民活動中心。組織國際國內專業體育賽事和商業性大型體育、文藝表演活動，將成為該館的主導功能。