“水立方”不僅是一幢優美和復雜的建筑，她還能激發人們的靈感和熱情，豐富人們的生活，為人們提供記憶的載體。因此設計中不僅利用水的裝飾作用，同時還利用其獨特的微觀結構。采用在整個建筑內外層包裹的ETFE膜（乙烯-四氟乙烯共聚物）是一種輕質新型材料，具有有效的熱學性能和透光性，可以調節室內環境，冬季保溫、夏季散熱，而且還會避免建筑結構受到游泳中心內部環境的侵蝕。更神奇的是，如果ETFE膜有一個破洞，不必更換，只需打上一塊補丁，它便會自行愈合，過一段時間就會恢復原貌！
 

 
    國際上在建筑使用膜結構時，多用的是PTFE膜，這是一種纖維材料，特點是不透明，但是，使用技術比較成熟。而“水立方”使用的是ETFE膜，這是一種透明膜，能為場館內帶來更多的自然光。在國內對這種薄膜結構的理論研究幾乎就是空白。
 
    2006年德國世界杯主要賽場之一的慕尼黑安聯體育場也使用了ETFE氣枕式外墻，但與水立方相比，兩者的區別在于，德國安聯體育場的氣枕覆蓋面積為6萬平方米，而水立方則達到為10萬平方米；安聯運動場是單層氣枕并且是規則排列的，水立方則是雙層氣枕，并且幾乎沒有形狀相同的兩個氣枕。     按照設計方案，水立方的內外立面膜結構共由3065個氣枕組成（其中更小的1－2平方米，更大的達到70平方米），覆蓋面積達到10萬平方米，展開面積達到26萬平方米，是世界上規模更大的膜結構工程，也是惟一一個完全由膜結構來進行全封閉的大型公共建筑。無論對設計還是施工、使用都是一個極大的挑戰，對ETFE膜的材料、通風空調、防火、聲、光、電的控制等技術提出了一個難度很大的課題。
 

 
    游泳中心內的游池應用了許多創新式的設計，如把室外空氣引入池水表面，帶孔的終點池岸，視覺和聲音發出信號等。還有一些高科技設備，如確定運動員相對位置的光學裝置、多角度三維圖像放映系統等，這些裝置將幫助觀眾更好地觀看比賽。
 
    在設計中還充分考慮了環保的需要。為了減少二氧化碳的產生，在設計中減少了電的使用。利用太陽能電池提供電力。大幅地使用了新型材料，使空調和照明負荷降低了20%-30%。另外，游泳中心消耗掉的水分將有80%從屋頂收集并循環使用，這樣可以減弱對于供水的依賴和減少排放到下水道中的污水。系統對廢熱進行回收，熱回收冷凍機的應用一年將節省60萬度電。還有現代化消防裝置為建筑量身定做，比常規設施節約74%。      在建筑節能上，“水立方”的設計也有獨到之處。在“水立方”總共8萬平方米的建筑面積中，3萬平方米屋頂將使雨水的收集率達到100%，而這些雨水量相當于100戶居民一年的用水量；在光的利用上，由于“水立方”采用了特殊的膜材料和相應的技術，使得該場館每天能夠利用自然光的時間達到了9.9小時，一年下來，8萬平方米的“水立方”將節約大量的電力資源。
 

 
    科研創新是“水立方”建筑設計中的一大亮點，它所采用的特殊膜材料、鋼結構，以及室內環境設計，在奧運場館建筑歷史當中很多都是空白，因此，科技創新成為 “水立方”建設工作中的重頭戲，經過參建各方共同努力，“水立方”項目中經更好的有關部門批準立項的科研項目達到10多項，此外，“水立方”的建設還產生了類似項目的施工驗收標準。