通用电气与罗尔斯·罗伊斯公司联合为787提供了新一代发动机技术。波音的专有技术与计算机流体力学（CFD）优化了发动机与787机身的整合，将干扰阻力降至最小，让这些技术进步的效益达到最优化。787新型发动机建立在成功的通用电气GE90与罗尔斯·罗伊斯遄达（Trent）发动机产品家族的基础上。这两款发动机都将取得在“开箱”投入使用时进行双发延程飞行(ETOPS）认证。
机翼后掠角（25%弦长） 30度。计算机根据飞行时所处的高度和速度，以及载荷情况，操纵飞机后缘襟翼来获得最佳翼型。这种自动变弯度翼型可提高飞机气动效率、减小阻力、还可以缓解机翼所承受载荷而减小机翼结构重量，翼尖加装翼梢小翼。升阻比比A300高40%。机身和尾翼采用了大量铝锂合金和复合材料，铝锂合金用于机身结构、桁条等部件。尾翼、各操纵面、整流蒙皮、客舱地板均由复合材料制造。主起落架为四轮小车式，前起落架为双轮式。动力装置所选用的发动机GEnX,采用了先进技术，压缩比更高，加大了进气道和进气量，提高了发动机推力，降低了燃油消耗。全部符合ETOPS180分钟标准。 波音公司在波音787上使用了“音速巡航者”所提出的技术以及机体设计，并决定在7E7的主体结构（包括机翼和机身）上大量采用先进的复合材料。波音787拥有多项技术创新，其中最引人注目的是波音787机体结构的一半左右都用更轻、更坚固的复合材料代替铝合金，是第一款以复合材料为主体材料的民用喷气式客机。一方面是因为金属能够隐藏损伤问题，这种损伤很难发现，直到碎裂时才会被发现，而合成材料就不存在这种问题；另一方面，用复合材料制造的机身比较轻，还能够埋入光纤管来监控飞机的状况，对于后期的维护成本跟安全上都能达到最新的飞机需求，这使得波音787更节省燃油，而且也可以节省在维护方面的花费。这种合成材料类似于一级方程式赛车中所使用的碳纤维合成材料。
1985年，空中客车公司率先将这种复合材料用于飞机制造，制造A310客机的尾翼，随后空中客车公司还将这种合成材料用于制造A350客机的机翼。波音787将这种技术全面运用到787飞机上，机身、机翼等主要的部件，都采用这一新技术，重量比例将超过50%，此前这个比例只有20%。复合材料也大量应用在发动机的叶片、发动机罩等部份。波音787也因这种新技术的广泛应用而被称作“梦想”飞机（使用物料（按重量）：61%复合物料（碳纤维），20%铝，11%钛，8%钢）。
生产线只要3天（以生产线达至全力全速而言计算）便可完成一架787的装配，而737则需要11天。 航空旅行的相关调查揭示了对乘客飞行体验产生负面影响的各种症状与抱怨。调查结果直接影响了787系统的设计，使787在设计中力求营造更宜人的客舱环境，如更平稳的飞行、更低的座舱高度、更清新的空气以及更安静的客舱。提升整体的乘客飞行体验。
客舱尺寸
客舱比其他中型飞机宽敞，乘客坐下后其平视位置比竞争机型宽38厘米，能为每位乘客创造出更大的个人空间。客舱安装了比其他民用飞机宽的客椅，每个座位比最接近的竞争对手至少宽4厘米。经济舱通道宽55厘米，该宽度比典型的双通道飞机经济舱通道宽6厘米。公务舱通道宽65厘米，这一宽度使乘客可以轻松绕过正在供餐的餐车。
空气质量
与之前的民用飞机相比，除了装备一般客机使用的、用于消除细菌、病毒与真菌的高效空气粒子(HEPA）过滤器之外，787系统中还额外引入了一种新型气体过滤系统，用以去除异味、刺激物与气态污染物。这样能减少乘客头疼、头昏，以及因干燥引起的咽喉刺激与眼部刺激，787客舱的空气将更清新。
787的客舱可以制造更高的客舱空气湿度，加上机身物料的空气密封功能，比旧款民航机更能保持机舱湿度，以提升乘客舒适度。787客舱可比金属机身飞机中的空气湿度更高，且与载客率的大小无关。787的复合材料机身不会随着湿度的增加更易腐蚀。
客舱气压
机舱气压以电动的空气压缩机维持，不使用引擎放气带入的空气。客舱最高压力高度为1228米，而不是其它飞机的2438米。高压氧舱试验表明，置身于压力高度为1228米的787客舱还能让乘客的血液多吸收8%的氧气，从而减少头疼与头昏，疲劳感减轻。铝制飞机因材料疲劳或重量原因而无法实现1228米的压力高度。787复合材料机身不会疲劳，因此，既能应对更低高度的座舱压力，又不对重量产生影响。
灯光设计
787客舱内以发光二极管（LED）提供照明，取代传统使用的荧光管。营造出头顶即是天空的感觉，天空特色的舱顶一直贯穿整个客舱，机组还可以在飞行中控制天空特色舱顶的亮度和颜色。需要时，乘务员可以为乘客提供白天的感觉，而当乘客需要休息时，舱顶则可模拟夜色。机舱以重复的大弧度拱形结构、动态照明以及飞行中可以由乘客调整透明度的电子遮光帘为特色，并利用可以变幻色彩及明亮度的LED数组营造出仿真“天空”的天花板效果。
舷窗设计
波音787的舷窗与之前的飞机相比，规格是最大的（高47厘米，宽28厘米），比竞争机型的舷窗大65%，窗的位置亦更高，所以无论坐在飞机的什么位置，乘客都能看到地平线。机身舷窗有别于过往使用隔板，而改用电致变色的原理调整明暗，减少窗外射入的眩光及维持透明。 787驾驶舱还与以777为代表的其它波音机型保持了通用性。787驾驶舱装备的是和其他波音机型相同的波音操纵系统、显示器与程序，使得机组人员能在较短的时间内从波音飞机家族其他机型改装到787，并能实现经济的混编机队飞行。在无需地面助航设备的情况下，787能够通过点到点的方式着陆到跑道的任何一端。787还拥有许多其它先进的功能，如综合通信（机内用以太网路提供驾驶室及各部分的资料通讯）、综合数据链、双重监视与保护系统及电气跳开关等等。
787驾驶舱中集成了开放式构架设计，升级通过软件进行，而不需要进行更为昂贵的硬件更换或升级。通过“软键”菜单，能融合未来的管制要求与通信、导航、系统与空中交通管理等领域的变更与技术升级。
787驾驶舱仅装备13个航线可更换组件（LRU），零部件及其成本仅相当于777和747的一半。更少的零部件与更完善的设计，能降低运营成本，提高可靠性。五个多功能显示器实现了许多标准功能，如进行地面滑行的高清晰度的机场滑行道地图，以及增强型垂直状况显示，提供进近区地形剖面图。每个显示器都能提供双窗口（分屏显示），或配置为提供大型策略地图。
787驾驶舱装配了一整套导航与通信无线电设备及航空电子设备，无需额外的选装件和费用，也不必另行认证，787标准化飞机在交付时即可“投入运营”。双平视显示器（HUD）、非常大型的多功能平板显示器、双电子飞行包以及一个电子检查表，都是标准配置。
双平视显示器(HUD）：作为基本配置的双平视显示器，能让机长与副驾驶在更多地了解“驾驶舱外的情况”下飞行。无论能见度好坏，双平面显示器都能增强所有飞机阶段的安全性，还能降低最低起飞能见度标准。双平视显示器能让副驾驶在成长为机长的过程中熟练掌握平视显示器的使用。
双电子飞行包(EFB）：787的双电子飞行包可通过触摸屏、边框按键、光标控制或键盘操作。其它航空电子设备、飞行管理计算机、通信设备与驾驶舱打印机，均有接口与电子飞行包相连。通过提供标准化的软件套件，电子飞行包减少了大量的驾驶舱纸质文件。该软件套件包含各种机载维修功能、一个性能工具、电子日志及文件浏览器。电子飞行包还为各种选装系统进行预留，如终端图、飞机视频监视，并能适应未来的改进。
