Le Burj Khalifa utilise une structure en forme de « Y » et un noyau central pour résister aux vents violents du désert.

L'architecte Adrian Smith et l'ingénieur Bill Baker ont conçu le Burj Khalifa selon le principe du « noyau étayé » (buttressed core). Ce système utilise un moyeu central hexagonal en béton à haute performance, d'où partent trois ailes agissant comme des contreforts. Chaque aile soutient les deux autres via ce noyau central.La silhouette du bâtiment évolue par paliers successifs suivant un motif en spirale. Cette conception permet de gérer le phénomène de « détachement tourbillonnaire » (vortex shedding). Lorsque le vent frappe une surface plane, il crée des tourbillons d'air qui peuvent faire osciller dangereusement un gratte-ciel. La forme irrégulière du Burj Khalifa empêche ces tourbillons de s'organiser de manière synchrone : le vent ne rencontre jamais de surface uniforme assez longtemps pour créer une résonance. Testée plus de 40 fois en soufflerie, la tour peut résister à des vents de 240 km/h.L'édifice pèse 500 000 tonnes. Pour supporter ce poids, les fondations reposent sur un radier en béton de près de 4 mètres d'épaisseur, lui-même soutenu par 192 pieux s'enfonçant à 50 mètres de profondeur. La construction a nécessité 330 000 mètres cubes de béton et 39 000 tonnes d'acier.