Búp bê Barbie được làm bằng polyvinyl clorua, sợi tổng hợp, chất đàn hồi, PBT và sơn gốc nước. Các vật liệu được sử dụng để làm Barbie đã thay đổi kể từ khi Barbie đầu tiên được tạo ra vào năm 1959. Tính đến năm 2014, nhựa vinyl mềm, chất đàn hồi và PBT mang lại sự linh hoạt và chuyển động chân thực hơn cho Barbie ngày nay. Trước đây, Mattel đã sử dụng đồ sứ để tạo ra những con búp bê Barbie phiên bản sưu tập, đắt tiền.
Polyvinyl là vật liệu chính được sử dụng để làm búp bê Barbie. Vật liệu này thường được gọi là vinyl hoặc PVC. Polyme dẻo nhiệt này được kết hợp với chất làm dẻo để tăng độ mềm dẻo và làm cho búp bê ít giòn hơn.
Sợi tổng hợp được sử dụng để làm tóc trên búp bê Barbie. Những sợi này được ủ và nhuộm để tạo ra các màu sắc và kiểu dáng khác nhau.
Elastomer được sử dụng xung quanh vùng dạ dày trên búp bê để tạo ra phạm vi chuyển động chân thực hơn. Nó cho phép búp bê Barbie 2014 chịu được tư thế và uốn cong. Các vật liệu mới hơn được sử dụng để làm Barbie cải thiện độ bền và giúp búp bê chịu được lực cắn và hao mòn bình thường.
PBT được biết đến như một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật và nó mang lại cho búp bê Barbie nước da đồng đều và chân thực. Sơn nước được sử dụng để tạo mắt cho búp bê.