Les poupées Barbie sont faites de polychlorure de vinyle, de fibres synthétiques, d'élastomère, de PBT et de peinture à base d'eau. Les matériaux utilisés pour fabriquer une Barbie ont changé depuis la création de la première Barbie en 1959. Depuis 2014, le vinyle souple, l'élastomère et le PBT offrent plus de flexibilité et de mouvement réaliste à la Barbie moderne. Dans le passé, Mattel utilisait de la porcelaine pour créer les chères poupées Barbie en édition de collection.
Le polyvinyle est le matériau principal utilisé pour fabriquer une poupée Barbie. Ce matériau est communément appelé vinyle ou PVC. Ce polymère thermoplastique est associé à un plastifiant pour augmenter la flexibilité et rendre la poupée moins cassante.
Les fibres synthétiques sont utilisées pour fabriquer les cheveux des poupées Barbie. Ces fibres sont enracinées et teintes pour offrir différentes couleurs et styles.
L'élastomère est utilisé autour du ventre de la poupée pour créer une amplitude de mouvement plus réaliste. Il permet à la poupée Barbie 2014 de résister à la pose et à la flexion. Les nouveaux matériaux utilisés pour fabriquer la Barbie améliorent la durabilité et aident la poupée à résister aux morsures et à l'usure normale.
Le PBT est connu comme un thermoplastique technique et il donne à la poupée Barbie un teint uniforme et réaliste. De la peinture à base d'eau est utilisée pour créer les yeux des poupées.