Le bambole Barbie sono fatte di cloruro di polivinile, fibra sintetica, elastomero, PBT e vernice a base d'acqua. I materiali utilizzati per creare una Barbie sono cambiati da quando la prima Barbie è stata creata nel 1959. A partire dal 2014, il vinile morbido, l'elastomero e il PBT offrono maggiore flessibilità e movimento realistico alla moderna Barbie. In passato, Mattel usava la porcellana per creare le costose bambole Barbie da collezione.
Il polivinile è il materiale principale utilizzato per realizzare una bambola Barbie. Questo materiale è comunemente indicato come vinile o PVC. Questo polimero termoplastico è combinato con un plastificante per aumentare la flessibilità e rendere la bambola meno fragile.
Le fibre sintetiche vengono utilizzate per realizzare i capelli sulle bambole Barbie. Queste fibre sono radicate e tinte per offrire colori e stili diversi.
L'elastomero viene utilizzato intorno all'area dello stomaco sulla bambola per creare una gamma di movimento più realistica. Permette alla bambola Barbie 2014 di resistere alla posa e alla piegatura. I nuovi materiali utilizzati per rendere Barbie migliorano la durata e aiutano la bambola a sopportare il morso e la normale usura.
PBT è conosciuto come un termoplastico tecnico e conferisce alla bambola Barbie una carnagione uniforme e realistica. La vernice a base d'acqua viene utilizzata per creare gli occhi delle bambole.