Khái niệm về chiếc B-36 là một đề xuất của hãng Consolidated Vultee Aircraft Corporation (sau này trở thành CONVAIR) cho một yêu cầu của Không lực Mỹ về một kiểu máy bay ném bom có tầm bay rất xa. Yêu cầu này cũng đã sinh ra thiết kế chiếc Northrop YB-35. Cho dù trong thực tế chưa đặt ra yêu cầu ném bom trực tiếp nước Đức từ các căn cứ tại Bắc Mỹ, kế hoạch vẫn không bị hủy bỏ vì B-36 được xem như có thể đảm nhận một vai trò nào đó trong chiến cuộc Thái Bình Dương.[9][9][10]

Chiếc B-36 có một kích thước rất ấn tượng,[11] dài hơn hai-phần-ba so với chiếc máy bay siêu ném bom trước nó, B-29 Superfortress. Sải cánh và chiều cao đuôi của B-36 vượt hơn chiếc Antonov An-22, chiếc máy bay cánh quạt lớn nhất từng sản xuất hằng loạt. Chỉ sau khi có sự xuất hiện của Boeing 747 và C-5 Galaxy, cả hai được thiết kế hai thập nhiên sau đó, mới có những chiếc máy bay hoạt động có tải trọng lớn hơn B-36.

Cánh của chiếc B-36 thật lớn ngay cả khi so sánh với những chiếc máy bay hiện đại, vượt hơn, ví dụ như, cả của chiếc C-5 Galaxy, và nó cho phép B-36 mang đủ nhiên liệu cho những chuyến bay rất dài mà không cần tiếp thêm nhiên liệu. Diện tích cánh lớn cho phép nó bay ở độ cao 12.000 m (40.000 ft), bên trên tầm bay của những chiếc máy bay tiêm kích trong những năm 1940, dù là phản lực hay cánh quạt. Nhật ký phi hành của những phi vụ B-36 thường xuyên ghi nhận những trận tấn công giả vào các thành phố Mỹ ở độ cao 49.000 ft. Năm 1954, các tháp súng và các thiết bị không cần thiết được dỡ bỏ, cho phép có một cấu hình "hạng nhẹ" được tin là đạt được tốc độ tối đa 700 km/h (423 mph),[12] và có thể bay đường trường ở độ cao 15.000 m (50.000 ft), thậm chí là cao hơn.[13]

Diện tích cánh rộng và tùy chọn tăng cường thêm động cơ phản lực cho phép chiếc B-36 có một biên độ rộng giữa Tốc độ chòng chành (VS) và tốc độ tối đa (VNE) tại các độ cao. Điều này cho phép chiếc B-36 cơ động hơn ở tầm cao hơn các máy bay tiêm kích phản lực của Không quân Mỹ thời đó, vốn không thể bay ở độ cao quá 40.000 ft, hoặc nếu được, sẽ có xu hướng bị chòng chành khi tìm cách cơ động hoặc khai hỏa.[14] Tuy vậy, Hải quân Mỹ tranh luận rằng chiếc máy bay tiêm kích F2H Banshee có khả năng đánh chặn chiếc B-36 nhờ khả năng hoạt động được ở độ cao đến 50.000 ft.[15] Không quân Mỹ đã từ chối một lời mời của Hải quân về một cuộc "đấu loại" giữa chiếc Banshee và chiếc B-36. Sau đó, Bộ trưởng Quốc phòng Louis A. Johnson, người đã có quan điểm cho rằng Hải quân đã lạc hậu và ủng hộ Không quân, bác bỏ những tranh luận trên.[16]

Hệ thống động lực của B-36 tự thân nó đã làm cho chiếc máy bay này thật đặc sắc. Tất cả các phiên bản của B-36 trang bị sáu động cơ piston Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major hình tròn, mỗi cái có 28 xy lanh với dung tích xy lanh là 71,4 L (4.360 in³). Cho dù những động cơ R-4360 trên chiếc nguyên mẫu cung cấp một công suất tổng cộng lên đến 18.000 mã lực (13,4 MW), những chiếc B-36 đầu tiên bay chậm chạp và đòi hỏi đường băng cất cánh kéo dài. Tình trạng được cải thiện nhờ những phiên bản động cơ R-4360 mới hơn, mỗi cái cung cấp 3.800 mã lực (2,8 MW) nâng tổng công suất lên 22.800 mã lực.[18] Mỗi động cơ quay một cánh quạt khổng lồ 3-cánh đường kính 5,8 m (19 ft), gắn theo cấu hình đẩy. Kiểu cấu hình bất thường này giúp giảm thiểu việc nhiễu loạn khí động học đối với dòng không khí bên trên cánh.

Bắt đầu từ phiên bản B-36D, Convair bổ sung thêm một cặp động cơ phản lực General Electric J47-19 trên mỗi bên cánh; và những động cơ phản lực này cũng được nâng cấp ngược cho những chiếc thuộc phiên bản B-36B. Các động cơ phản lực giúp gia tăng đáng kể tính năng bay khi cất cánh và tốc độ lướt khi thả bom. Trong chuyến bay đường trường thông thường, các động cơ phản lực được tắt bớt để tiết kiệm nhiên liệu. Do vậy, B-36 có đến mười động cơ, nhiều hơn bất kỳ kiểu máy bay sản xuất hàng loạt nào khác.

Chiếc B-36 yêu cầu một đội bay tiêu chuẩn gồm 15 thành viên. Cũng như chiếc B-29, buồng lái được điều áp và khoang dành cho đội bay được nối với khoang phía sau bằng một đường hầm ngang qua khoang chứa bom. Đội bay di chuyển giữa các khoang bằng một xe đẩy có bánh và kéo bằng dây. Khoang phía sau dẫn đến tháp súng đuôi có sáu giường ngủ và một phòng sinh hoạt.[19]

Chiếc XB-36 sử dụng một kiểu càng đáp chỉ có một bánh, và bánh này là vỏ xe to nhất từng được chế tạo vào thời ấy, cao 2,7 m (9 ft 2 in), dày 1 m (3 ft), và nặng 600 kg (1.320 lb), dùng một lượng cao su đủ để chế tạo 60 vỏ xe ô tô.[20] Những bánh xe này đặt một trọng lực quá nặng trên mỗi bánh lên đường băng đến nỗi mà chiếc XB-36 bị giới hạn chỉ cho phép cất hạ cánh tại sân bay Fort Worth bên cạnh nơi nó được sản xuất, và tại hai căn cứ khác của Không quân Hoa Kỳ. Theo đề nghị của Tướng Henry H. Arnold, kiểu càng đáp một bánh nhanh chóng được thay thế bằng kiểu càng đáp bốn bánh thông dụng hơn.[21] Có một thời một kiểu càng đáp dạng bánh xích như xe tăng[22] cũng được thử cho chiếc XB-36, nhưng cho thấy quá nặng và ồn ào nên nhanh chóng bị loại bỏ.

Vũ khí

Bốn khoang chứa bom có thể mang đến 86.000 lb bom, nhiều gấp hơn mười lần so với con ngựa thồ của Thế Chiến II là chiếc B-17 Flying Fortress - nặng hơn ngay cả tổng trọng lượng của chiếc B-17.[23] Chiếc B-36 không được thiết kế từ đầu để mang vũ khí nguyên tử, đơn giản là vì sự có mặt của một kiểu vũ khí như vậy còn là điều tối mật trong giai đoạn mà chiếc B-36 được phác thảo (1941 - 1946), và phương thức mang vũ khí này còn chưa được xác định. Dù sao, chiếc B-36 đảm nhiệm vai trò mang vũ khí nguyên tử ngay lập tức sau khi chúng đưa ra hoạt động. Trong mọi tính năng bay ngoại trừ tốc độ, chiếc B-36 có thể bắt kịp đối thủ Xô Viết còn đang đầy tranh cãi của nó, chiếc Tupolev Tu-95 (vẫn còn đang được sử dụng).[24] Cho đến khi chiếc B-52 hoạt động, B-36 là phương tiện duy nhất có thể mang bom nhiệt hạch thế hệ đầu tiên Mark-17,[25] một vũ khí dài 7,5 m (25 ft), đường kính 1,5 m (5 ft), và cân nặng 19.000 kg (42.000 lb), loại vũ khí nguyên tử nặng nhất và cồng kềnh nhất của Hoa Kỳ. Việc chuyên chở loại vũ khí khổng lồ này đòi hỏi phải nối liền hai khoang bom liền cạnh nhau.

Vũ khí phòng vệ bao gồm sáu tháp súng điều khiển từ xa thu vào được, và các tháp súng cố định ở đuôi và trước mũi. Mỗi tháp súng được gắn hai khẩu pháo 20 mm, lên tổng cộng 16 khẩu pháo, hỏa lực tự vệ lớn nhất từng được trang bị cho một chiếc máy bay ném bom. Sự dội lại khi tác xạ có thể làm hệ thống điện tử trên máy bay bị hỏng hóc, lúc đó còn chưa biết đến thiết bị điện tử bán dẫn. Điều này đã gây ra tai nạn làm rơi chiếc B-36B số hiệu 44-92035 ngày 22 tháng 11 năm 1950.[26]

Convair B-36 là máy bay duy nhất được thiết kế để mang T12 Cloud Maker, một kiểu bom trọng lực nặng 43.600 lb và được thiết kế để tạo ra một hiệu ứng bom động đất. T12 Cloud Maker hiện vẫn là trái bom quy ước nặng nhất từng được Hoa Kỳ sở hữu.