北京理工大学体育馆总建筑面积22632平方米，北京理工大学体育馆的屋面结构体系采用形象的话来描述，就是提篮式屋顶结构体系，双道圆弧拱形钢桁架作为提篮的把手，下部悬吊整个屋盖体系。这是一种极稳定的结构体系，可以减少跨度，节约钢材。这种结构形式常用于桥梁，用于建筑设计是非常少见的。屋盖体系是由管管相贯的钢桁架组成，为了准确地反应建筑外形特点、受力和传力方式，结构工程师对结构体型、构件形状和大小、构件尺寸和分布进行了艺术整合，显示出清晰的结构逻辑和力学美，为创造美的建筑作品提供了技术保障。
改造设计中新增的临时热身馆采用了新颖的拱形钢板承重结构，施工快捷，便于拆卸和再利用。建筑没有采用惯常的开挖式基础，而是在硬化地面上设置了浮搁式基础梁，对学校操场的原有地面及环境不产生任何破坏，也便于将来拆除。
建筑外形由内而外塑造，通过室内空间与外部体形的对应关系产生适宜的奥运建筑形象，整个造型充满动感和力量，虚实有序、舒展奔放，建筑艺术个性和科技特征鲜明。两个弧形巨拱悬挂着波浪形的双曲屋面，其飞翔之势，充分展现奥运建筑的内涵。
北京理工大学体育馆屋面造型为双曲金属屋面，形似鳐鱼，外形复杂，技术难点多，是本馆建筑节能设计的重点。设计在屋面构造层次上提出创新设计思想：一般金属屋面只有单一的保温层，而本设计采用了三道保温层，通过三种不同厚度、不同密度的保温材料，并按其弹性特征与其它的构造材料穿插放置，达到非常理想的保温效果，保温效果比国家规定的标准高出一倍多，极大的提高了节能效益。
噪声处理
北京2008年奥运会排球预赛时间8月9日至24日，残奥会比赛日为2008年9月7日至14日。北京理工大学体育馆作为北京奥运会排球比赛预赛场馆和残奥会盲人比赛场馆，上述两个时间段可能会有暴雨降临，而暴雨则会对体育馆的金属屋面产生很大的撞击声，影响比赛环境。
故北京理工大学体育馆的屋面系统通过创新的三道保温层的屋面构造层次，实现了对屋面暴雨撞击声的有效消减，创造了绿色的声音环境，确保了场馆对音响环境的使用需求。
自然采光
从北京理工大学原体育馆（体育文化综合馆）正式开工建设，到交付使用，实现了北理工体育教学、大型集会、健身和娱乐的建设目标。该馆的目标是发展成为兼有体育比赛功能和学生文化活动功能的综合性场馆。
在学生文化活动中心和主馆之间设置了下沉式采光庭院及室内中庭空间，将自然光线引入地下室，实现地下室的自然采光和通风。比赛大厅侧面设有外窗，屋顶结合拱形桁架也开设了天窗。打开遮光帘，赛后日常教学使用时，室内不用开灯，大量节约能源消耗。
人本主义
北京理工大学体育馆采用换位思考、模拟来宾的方法进行设计，充分为使用者着想。四面分布的各种出入口、丰富的屋顶大平台空间、立体化的交通组织、使体育馆从流量最大的观众路线到人流量较少的贵宾路线均直接便捷、互不干扰，符合人文奥运精神。
此外，7个无障碍厕所保证残疾人顺利如厕；运动员活动区设有盲道，盲人运动员走动自如；两片残疾人观众席区，容纳20个残疾人座位；“会说话”的残疾人电梯；四通八达的场馆内轮椅坡道； 90度墙角处全部软包处理以及在任何坡道和台阶一侧均设置了残疾人扶手或栏杆。这不仅方便了残疾人运动员，也极大地方便了残疾人观众。
