Двухлонжеронное крыло имеет небольшую V-образность. В центральной секции V-образность больше, чем у внешних секций. К центральной секции крыла крепятся внешние секции и переходящие в хвостовые балки мотогондолы. В передней кромки центральной части крыла имеются воздухозаборники системы обогрева кабины. Заднюю часть крыла занимают однощелевые закрылки с гидравлическим приводом, максимальный угол отклонения закрылков 60 град. Пространство между лонжеронами занято главным и вспомогательными топливными баками. В передних кромках внешних секций крыла с закругленными законцовками имеются воздухозаборники нагнетателей и теплообменников. Передняя кромка внешней секции от воздухозаборника до законцовки закрыта резиновым противообледенительным покрытием фирмы Гудрич. Заднюю кромку внешней секции, так же как и центральной занимают двухсекционные однощелевые закрылки, на прототипах использовались закрылки типа Зап (Zap). Привод закрылков — гидравлический.

Обшивка элеронов — полотняная. Элероны — очень небольшого размаха. Элероны отклоняются синхронно с интерцепторами, расположенными на верхней поверхности плоскости крыла. Управление элеронами — механическое, через систему тяг и качалок.

Истребитель P-61A, снят обтекатели РЛС, хорошо видна антенна.

Лестница-трап в кабину оператора РЛС.

Средняя часть мотогондолы — полумонококовой конструкции, силовой набор — стальные трубы, соединенные сваркой и заклепками. В задней части мотогондол находятся ниши основных опор шасси. Ниши основных опор шасси самолета P-61 закрывались одной длинной створкой с выштамповкой под колесо, привод створки — гидравлический. Ниша основной опоры шасси самолета P-61B имеет четыре секции, две задних закрываются снова после выпуска опоры, предотвращая попадание грязи в нишу на взлете, посадке и рулежке.

Хвостовые балки крепятся к средним частям мотогондол. Первый шпангоут хвостовой балки выполнен усиленным. Внутри балок проходят тяги управления рулями, электрокабели и воздуховоды противообледенительной системы.

Силовой набор килей представляет собой лонжероны, стрингеры и нервюры. Нижние части килей усилены и выполняют роль хвостовой пяты-опоры. На заднем лонжероне киля расположены петли навески руля направления. Каркас руля — металлический, обшивка — матерчатая. Рули статически и динамически сбалансированы, снабжены управляемыми в полете триммерами.

Двухлонжеронный стабилизатор имеет прямоугольную в плане форму, каркас руля высоты — металлический, обшивка — матерчатая. На руле высоты установлен управляемый в полете триммер и две регулировочные пластины (отклоняются на земле). Передняя кромка стабилизатора закрыта резиновым противообледенительным покрытием.

Уборка/выпуск шасси производятся гидроприводами как на P-61A, так и на P-61В.

Колеса основных опор шасси снабжены гидравлическими тормозами и механическими стояночными тормозами.

На свободноориентирующейся носовой опоре шасси установлена посадочная фара и щиток, снижающий вероятность попадания пыли и грязи при рулежке, разбеге и пробеге в стволы расположенных в нижней части фюзеляжа пушек.

На самолете установлены два двухрядных звездообразных поршневых двигателя Пратт энд Уитни R-2800-10 (P-61A) или R-2800-65 (P-61B), двигатели снабжены двухступенчатыми двухскоростными механическими нагнетателями. Воздушные винты — четырехлопастные фирмы Кертис Электрик, диаметр воздушного винта 3,72 м. Двигатели R-2800-65 позднего выпуска оснащались системой кратковременного впрыска воды в цилиндры для увеличения мощности на взлете. Двигатель R-2800-65 развивает на уровне моря мощность 1850 л.с., на высоте 700 м — 2000 л.с., на максимальном боевом режиме — 2250 л.с.

Суммарная емкость крыльевых топливных баков составляет 2426 л. Емкость двух внешних крыльевых баков — по 777 л, двух внутренних — по 436 л. Предусмотрена возможность подвески внешних сбрасываемых топливных баков, что позволяет значительно увеличить дальность и продолжительность полета. Маслобаки и баки для воды находятся в мотогондолах. Используется бензин с октановым числом 100/130 и авиационное масло AN-0-8.

Прибор ночного видения закреплен в кабине летчика на подвижной раме.

В состав гидросистемы самолетов P-61А и P-61В входят насосы с приводом от двигателей и гидроаккумулятор. В аварийном режиме гидросистема может работать от насоса с ручным приводом. От гидросистемы работают автопилоты, приводы уборки/выпуска опор шасси, закрылков, фильтры карбюраторов, створки маслорадиаторов, приводы теплообменников системы обогрева карбюраторов и охлаждения двигателей.

Электросистема запитана напряжением 24 В стандарта DC от генераторов с приводом от двигателей, в аварийном режиме питание подается от аккумулятора.

Вооружение состоит из четырех пушек калибра 20 мм с боекомплектом по 200 снарядов на ствол. Доступ к снарядным ящикам внешних пушек — через съемные панели обшивки фюзеляжа, к снарядным ящикам внутренних пушек — только из кабины воздушного стрелка. Снаряжение боекомплекта возможно только на земле. Пушки снабжены электроспуском, гашетка установлена на штурвале. Для стрельбы из пушек летчик использует прицел L-1 (P-61) или LY-3N (P-61В). В кабине летчика на подвижной раме установлен прибор ночного видения (ночной телескоп с 5,8-кратным усилением изображения). При необходимости летчик может установить прибор так, что он будет в поле зрения на фоне козырька фонаря кабины. Приборами ночного видения комплектовались многие самолеты P-61А позднего выпуска.