XB-70 的翼尖在低空超音速飞行下折 25°，高空 3 倍音速巡航飞行下折 65°
鸭式前翼很薄，可调节配平，有后缘襟翼，可放下升降副翼也起襟翼作用，使这种飞机能从现有的美国空军重型轰炸机的机场起飞和着陆。前翼扭力盒是用钛合金的波纹形梁和蒙皮制成。前缘是不锈钢蜂窝夹芯结构，襟翼用钛制成。前翼和襟翼由液压作动筒操纵。每个都有两条独立的液压系统。展弦比 1.997，后掠角 31°42′。
半硬壳式结构，基本上为圆形截面。顶部在座舱区是平的。机翼以前的机身主要是钛合金制成，但在当时其加工仍是一大难题，工程师们竭尽全力，终于将其驯服，他们也因此获得了美国金属学会的研究成就奖。之后的机身是不锈钢蜂窝夹芯结构。乘员四人：正副驾驶员、轰炸领航员和防卫系统操作员。登机门设在飞行舱壁板后边的右侧。
结构与机翼相似。装有液压作动筒操纵的方向舵，前缘后掠角很大，达 51°46′。
注意 XB-70 的垂尾方向舵安装方式，整个垂尾几乎都是可动的
主起落架为四轮小车式，主要构件由 H-11 锻件制成。前起落架为双轮式，并有转向操纵装置。主起落架装有直径为 1 米的耐高温轮胎。起落架共重 5,448 千克，仅占飞机总重的 2.2%。主起落架装有盘式刹车装置和自动防滑系统。此外，在机尾还装有三个直径为 8.53 米的着陆减速伞。
XB-70 的主起落架，四轮小车式设计，但中间又有一个小轮
6 台通用电气公司 YJ93-GE-3 加力式涡轮喷气发动机，具有变距涡轮导向叶片，每具加力推力高达 14,060 千克。YJ93 的设计源自 F-4 使用的 J-79 发动机，是 J-79 系列的放大型，仅比 J-79 重约 680 千克，但推力增加了一倍，而且其加力燃烧室可以长期连续工作。YJ-93-GE-3 发动机用 JP-6 碳氢燃料。机内共 11 个整体油箱，每侧机翼内各三个，机身内五个，总载油量为 136 吨。
工作人员在检查进气道
三具 YJ-93 发动机，注意中间那具涡轮叶片有破损
四套独立工作的液压系统，其中两套主系统，两套公用系统，分别向七条分系统供压：第一飞行操纵系统；第二飞行操纵系统；着陆装置系统；军械系统；座舱环境控制系统；推进系统和应急发电驱动、着陆伞和风挡整流罩系统。液压系统的工作压力为 280 大气压，工作温度范围为-54℃～+232℃，液压油为 Oronite70 液压油，共 833～984 升。全机共有 85 个线性作动筒，44 个液压马达，50 个机械活门和 400 个电磁液压活门。液压管路长达 1,600 米，包括 3,000 个钎焊接头和 600 个机械接头。
各舵面的作动筒和翼尖折转液压马达均是双重的。翼尖下折时，翼尖两块升降副翼被锁住。采用一套阻力装置防止驾驶员将鸭式前翼和垂尾操纵过度。低速时方向舵舵效低，其操纵系统采用两种传动比：起落架放下时偏转角为±12°；收上时为±3°。机上装有自动增稳系统，分别对绕三轴的摆动进行阻尼。增稳系统的电子部分是双波道的。
两套平行工作的氟利昂制冷设备对驾驶舱和电子设备舱提供冷却和增压，使座舱温度保持为 21℃～38℃，电子设备舱保持为 44℃～77℃。
一套 115～200 伏、400 赫全交流馈电系统，由两台 240/416 伏 60 千伏安无刷旋转整流式主发电机供电。电气系统包括三根主汇流条：左、右和基本汇流条。基本汇流条按应急制联接，由一台液压马达驱动的 120/208 伏应急发电机供电。
XB-70 的最大优点，在于它的紧急起飞能力出众。同样是 3 倍音速飞行的飞机，后来的 起飞前需要花上大半天时间慢慢暖机，而且需要让飞行员进行生理状况检查，换上酷似太空服的高空抗荷服后才能上天。而 XB-70 从开始启动到离开跑道只要 25 分钟，其中从跑道滑行时间最快仅须 45 秒，这对执行战备相当有利。而飞行员也不用穿着笨重的高空抗荷服，仅需穿着普通飞行服，甚至有人开玩笑说飞行员可以裸体驾驶飞机而丝毫不用担心健康问题，这一切都得益于 XB-70 采用的整体式救生舱和先进的座舱生命维护系统。只是它所使用的 JP-6 燃油，在节省了暖机时间的同时也带来了不小的麻烦。因为高速飞行带来的高温，使得原来只是小事一桩的轻微漏油，在 XB-70 这里却可能导致严重火灾。不得已为其设计了复杂的燃料储存与冷却系统，但好象总是毛病不断。直到最后，燃料系统的问题也没有完全解决。
XB-70 的整体式救生舱在进行地面试验
XB-70 的整体式救生舱结构示意图
XB-7 0的武器挂载方式与传统的战略轰炸机相同，都使用机腹弹舱，位置在前轮的后方。最大载弹量为 1,1340 千克，可挂载各式炸弹，后来甚至还计划装载导弹。但是与 B-52 或 B-2 的 2 个弹舱，以及 B-1 的 3 个弹舱相比，XB-70 的弹舱只有 1 个，而且最大载弹量比上述轰炸机都小了一半以上。其中技术的发展使得核武器体积大大缩小是一个因素，如 B-28 核弹当量为 2,000 万吨，比 B-17 的 1,400 万吨当量大了40%，但体积重量均不到其一半，使得 XB-70 不需要 B-52 般巨大的弹舱也能携带同样威力的武器。不过更重要的是，通用公司设计师布拉克曼设计的 YJ-93 发动机耗油率惊人，因此 XB-70 必须将机身中的大部分空间用来装载燃油，才能满足性能要求。但是即便如此，XB-70 的武器装载能力依然远高于一般的飞机，可以充分满足战略轰炸的需要。甚至在挂载战略核武器外，还能再装载自卫武器系统。XB-70 的自卫武器并没有选择像 B-47、B-52 那样的机尾自卫机炮，（因为它的速度太快，而且苏联的地对空导弹也已经服役）而是选择了休斯公司的 GAR-9 隼式空对空导弹，但不久就停止了发展。
XB-70 的狭长弹舱就安排在前起落架之后，两侧进气道之间
XB-70 的驾驶舱仪表板
除此之外，美国空军还为 XB-70 准备了护航飞机，那就是同样由北美公司设计的 。它利用的是和 XB-70 同样的技术，包括 YJ-93 发动机和“乘波飞行”理论，速度同样可以达到 3 倍音速，无论从外形还是内部结构，XF-108 都像一架缩小了的 XB-70。只是由于经费和战略变化等原因，XF-108 很早就下马了，已经发展的部分技术被用在了 和后来发展成“黑鸟”家族的 YF-12 身上。