Il Burj Khalifa utilizza un design a forma di «Y» e un nucleo centrale rinforzato per resistere ai fortissimi venti del deserto.

L'architetto Adrian Smith e l'ingegnere Bill Baker hanno progettato il Burj Khalifa con un sistema a «nucleo contraffortato» (buttressed core). Questo sistema utilizza un centro esagonale in calcestruzzo ad alte prestazioni da cui si estendono tre ali che fungono da sostegni laterali. Ogni ala supporta le altre due attraverso il nucleo centrale.La sagoma dell'edificio varia a diverse altezze seguendo un pattern a spirale. Questo design serve a gestire il fenomeno del distacco dei vortici (vortex shedding): quando il vento colpisce una superficie piatta, crea vortici d'aria che possono far oscillare pericolosamente un grattacielo.La forma irregolare del Burj Khalifa impedisce a questi vortici di formare un pattern uniforme, poiché il vento non incontra mai una superficie piana per un tempo prolungato. Gli ingegneri hanno testato questo design in galleria del vento oltre 40 volte. La torre è progettata per resistere a raffiche fino a 240 km/h.L'edificio pesa 500.000 tonnellate. Per sostenere tale carico, la fondazione è costituita da una platea di cemento spessa quasi 4 metri, poggiata su 192 pali di calcestruzzo che scendono a 50 metri di profondità. Per la costruzione sono stati impiegati 330.000 metri cubi di calcestruzzo e 39.000 tonnellate di acciaio.