B-2 设计上首先选择了对隐身极为有利的扁平飞翼布局，根据作战要求从声音、红外、视觉和雷达隐身等全方面进行了低可探测性设计。
B-2 整机外形边缘严格按照平行原则设计，散射主波系只有四个方向，减少了被截获的概率；对前向反射较强的机翼前缘，B-2 采用了吸波结构材料直接替代蒙皮，并在其后加设厚厚的不规则蜂窝吸波嵌入式结构的办法，对 S 波段以下达到超过 99.5% 的吸收效果。
座舱罩外形沿隐身曲面无缝设计，并使用带金属屏蔽效果的风挡玻璃；进气道位于飞翼机身上部略靠后的位置，以达到对地面雷达仰视视角遮挡的效果。
进气道本身带 S 型设计，有内部吸波导流片，四台 F118-GE-100 无加力改型发动机提供推力，发动机低陷入飞翼结构中，气流经扁平的尾喷口喷出前也要经过一段弯曲和逐渐变扁平的通道，同时与上表面开口吸入的冷空气混合降低尾流红外辐射，前后隐身效果都非常好。
弹仓隐藏在机身中部腹内，所有口盖均按照与主翼波系平行原始设计边缘倾斜或锯齿；机身和机翼主要承力结构和发动机舱尾段主要采用钛合金，其余部分包括基础蒙皮均采用了复合材料，并且很少使用铆接，减轻多余重量的同时也提高了隐身性能。
全机表面涂敷了新研制的吸波涂料，对高频波段具有很好的吸收效果，由于其可维护性较差，且发动机舱喷口附近温度较高（300℃左右）的部位时间长后容易出现材料老化皲裂的情况，后来在 2004 年替换为一种易修复的新的磁性吸波材料，比重更轻一些，且吸波效果有所加强。
B-2 在雷达航电上很注意控制主动辐射问题，其无源相控阵侧视雷达APQ-181安装在机头下方两侧的飞翼结构中，外部采用特定频率选择的介质屏蔽罩遮挡，雷达本身工作于甚高频的12~18GHz频段，与国际卫星广播通信的频段相同，主要是有利于提高合成孔径和逆合成孔径工作方式的精度和分辨率。
目前由于容易与民用广播间造成干扰，美军打算对其进行升级改造，并在调整频率范围的同时改为有源相控阵列天线。B-2 同时具有较为强大的电子对抗能力，拜自身隐身优势所赐，对机载电子对抗设备的功率要求大大降低，因此节省了不少宝贵的机内占用空间和重量。
由于 B-2 在隐身设计上不遗余力，基本上把美国 80 年代期间能够拿出来的最好的技术都应用上了，虽然造成了生产制造和维护成本高昂，但隐身性能着实大幅降了下来。
根据测试其沿水平周向 RCS 基本低于 0.1 平方米，创造了这类大型作战飞机的新纪录，也使其成为美国在隐身技术领域领先地位和保持“战略铁三角”威慑力的一个典范之作。
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