设计特点
东风-31弹道导弹相对于第一代远程导弹东风-4和第一代洲际导弹东风-5，在技术上实现了巨大的跨越。沿用了大量东风-22的技术成果，包括数字化控制系统、末速修正技术、以及弹头设计，仪器设备小型化。与东风-22导弹的11项关键技术类似，东风-31导弹有13项关键技术，包括全弹总体技术、新研制成功的固体燃料火箭发动机技术、小型化弹头技术、复合材料与结构技术、弹上电子设备小型化技术、高精度惯导技术、快速机动发射技术、先进突防技术、制导控制系统误差分离技术、新一代试验遥测技术等。东风-31导弹与东风-5导弹不同，其采用的是小型化弹头，因而整流罩非常尖锐，再入大气层之后气动加热效果明显。东风-5导弹使用碳/石英烧蚀材料即可满足需要，但东风-31导弹的弹头再入段防热问题在很长时间内无法得到解决，直到高纯度粘胶基碳纤维研制成功才攻克了这一难关。
东风-31导弹A型与东风-31导弹外形上看区别不大，只能携带一枚弹头，其主要在原型的基础上，通过对发动机，制导系统和弹头的改进，使导弹射程和性能有了很大提高，是中国第一款真正意义上的陆基机动型三级固体燃料洲际弹道导弹。
东风-31导弹AG型则是对东风-31导弹A型的升级，其发射筒高度比A型略高，发射筒上有条状线路和检修装置，底部有缓冲垫层，类似东风-26中远程弹道导弹的“无依托发射技术”，采用了集储存、运输、起竖、发射一体的TEL（TransporterErector Launcher）全地形车上，有更好的移动性，具有更高的生存能力和更远的射程。
推进系统
东风-31弹道导弹采用了中国第二代固体推进技术，包括玻璃纤维壳体、HTPB推进剂、三维药型、碳-碳喉衬、柔性全轴摆动喷管等；另外第三代技术新高能推进剂，石墨环氧纤维壳体，可抛式延伸喷管等在东风-31导弹A型的研制期间均取得进展，部分已经转为实用成果，其中最典型的技术是高能推进剂。火箭固体燃料相对于液体燃料，储存性和结构简单方面，缺点则是比冲明显较低。固体燃料中，比冲大于2450牛·秒/千克（即250秒）为高能，2255牛·秒/千克（即230秒）到2450牛·秒/千克为中能，小于2255牛·秒/千克为低能，而液体燃料很多比冲均可达到2800牛·秒/千克以上，因此高能固体燃料推进剂的开发是洲际导弹的关键技术。
美国三叉戟I潜射导弹所使用的交联改性双基推进剂（Crosslinking Double BasePropellant，XLDB）理论比冲2646牛·秒/千克（270秒）；三叉戟II潜射导弹使用的高能硝酸酯增塑聚醚（NitrateEster Plasticized PolyetherPropellant，NEPE）理论比冲2685牛·秒/千克（274秒）。中国对应使用的高能固体燃料类NEPE推进剂的名称为N15，在《中国科学技术专家传略工程技术编航天卷II》中对崔国良院士的介绍中提到，NEPE类推进剂，自20世纪70年代开始摸索，80年代研制走入正轨，90年代初取得突破。1993至1998年分别完成300毫米至1400毫米直径发动机的演示验证试验，实际比冲达到约2500牛·秒/千克，比东风-31导弹使用的HTPB推进剂提高了约100牛·秒/千克。开发N15高能推进剂解决了东风-31导弹配方中工艺与力学性能相矛盾的技术难题，东风-31导弹A型已经采用了N15高能推进剂，加上使用芳纶纤维/环氧树脂复合材料壳体减重等手段，在载荷不变的情况下射程可以进一步增加到约11270千米，或者保持11000千米左右的射程，增加载荷来提高突防能力。
攻击能力
东风-31弹道导弹的有效载荷为1050-1750千克，核弹头的性能反映在对载荷的需求中。与东风-31导弹配套的第二代核武器研制工作同样始于20世纪70年代中期，发展方向是小型、机动、突防、安全、可靠。洲际导弹所配备的热核弹头的小型化，关键是初级的小型化，然后是次级小型化以解决比威力与重量尺寸的权衡问题。初级小型化需要采用助爆原理，在裂变装置的中央加入少量的聚变材料，用低裂变威力引发聚变反应，使聚变反应放出高能中子再引起裂变，以此来提高初级的裂变材料利用效率。助爆初级包括气体助爆和固体助爆两种形式，前者是指聚变材料在武器中以氘氚气体的形式存在，应用于东风-5导弹的核弹头，后者是指聚变材料在武器中以氘氚化锂-6的形式存在，即应用于第二代核武器。20世纪80年代，第二代核武器获得一系列突破，初级小型化原理已经突破，次级小型化的技术途径也已明确。为了满足实用的需求，适应小型化弹头的尖锥外形，把初级塞进鼻锥内，之后又研制了非球形构形的气体助爆初级，最终于1992年9月25日的核试验中取得成功，设计水平仅比美国的W88核弹头稍大。
东风-31导弹的核弹头方面基本达到世界先进水准，但在重入载具（ReentryVehicle，RV）方面水平相对落后。美国W87核战斗部的重量为150千克，加上重入载具MK21之后的重量约为360千克，标准当量是30万吨TNT，可以提高到W88的47.5万吨TNT水平。东风-31导弹核战斗部的水平设定于W87和W88之间，采用65万吨TNT当量时，则战斗部约为250-300千克左右，加上载具约为700千克左右；采用100万吨TNT当量，则核战斗部约为400-500千克左右，加上载具约为1000千克左右。尽管如此，洲际弹道导弹还要考虑突防手段，需要携带诱饵，如“有速诱饵”和“再入诱饵”等，均指重量10千克上下的重诱饵，在再入段模拟弹头特性，与在中段模拟弹头特性的轻诱饵明显不同，还需要另外的载荷来承担诱饵的重量。东风-31导弹携带10-15个重诱饵外加数十上百的轻诱饵时，加上核战斗部及载具，载荷总需求将分别达到800-900千克和1.1-1.2吨左右。因此东风-31导弹采用较大载荷时会牺牲一些射程，而保证最大射程时又需要采用较低的载荷模式，需根据不同的作战需求进行侧重点的选择。东风-31导弹A型内装配一种特殊动力装置，能在离地约80000米高空时，靠特殊的矢量喷射技术进行变轨，以躲开美国反导系统的拦截，再加上多弹头的使用可打击更多的目标。
制导方式
东风-31弹道导弹主要采用惯性制导，1999年研制成功了三浮陀螺，该陀螺具有世界先进水平，有助于提高打击精度。东风-31导弹的圆概率偏差约300米，随着惯导技术的提高和末修技术的改良，东风-31导弹A型的命中精度也较原基本型有较大提高，若采用先进末制导技术，则精度有望提高一个数量级。考虑到仅仅执行最低核威慑政策，则无需苛求精度，生存能力和突防能力的提高则更加重要。
生存能力
东风-31弹道导弹体积和重量较上一代东风-5导弹明显缩减，13米左右的长度在所有陆基洲际导弹中是最低的，40吨级别的重量则介于36吨的民兵III弹道导弹和47.2吨的白杨M弹道导弹之间。战斗部的小型化为东风-31导弹实现机动部署提供了先决条件，提高了躲避侦察和生存的能力。
东风-31导弹在1999年出现时采用了牵引-发射车分离的方式，型号是8×8型的HY4330半挂牵引车，半挂牵引车的缺陷在于只能局限在公路上使用，而无法实现越野，生存能力有限。
东风-31AG导弹采用了越野能力更强、机动性更高的8轴TEL全地形车，TEL的使用代表了真正的机动生存性能，其设计参照了代号“侏儒”的美国机动洲际弹道导弹一体发射车，避免了俄罗斯白杨M导弹的TEL容易翻车的毛病。东风-31AG导弹模型上可以看到类似白杨M导弹的环控系统管线，表明其野外活动能力比此前的东风-31A有进一步提高，能够依托公路网进行大范围机动部署。虽然生存能力高，但公路机动仍然有其缺陷，与固定地下井发射相比，公路机动发射系统的快速发射能力（快速起竖、调平、瞄准、测试、发射、撤离）较为落后，打击精度低，因此东风-31导弹仍保留了包括地下井发射在内的多种发射方式，采用洞库和公路机动相结合的部署方式，可以进一步提高生存能力。
