Невьянская башня уникальна в конструктивном отношении. В ней, наряду с другими сооружениями XVIII века, впервые широко применены металлические конструкции. Внутри башни расположен металлический каркас: подсводовые пространства ярусов и стены стянуты металлическими тягами, расклиненными на фигурных шайбах снаружи. Металлический каркас башни имеет глухое заземление, поэтому он также является заземлением для первого в мире молниеотвода.

Особо следует отметить чрезвычайно интересную конструкцию железо-чугунных балок на седьмом этаже башни. Сплошное сечение литой чугунной балки 190×145 миллиметров, повторяющее по форме деревянный брус в зоне растяжения (внизу), усилено по всей длине железным кованым стержнем 60×50 миллиметров, погруженным в тело чугуна. Конструкция такой балки, имеющей пролет свыше шести метров, свидетельствует о ранней и весьма успешной попытке сочетания двух разнородных материалов, дающих прекрасную систему, использованную в ХХ веке в аналогичном сочетании бетона и железа.

Кованые стропила под шатром крыльца башни опираются на вмурованные в кирпичную кладку чугунные балки-мауэрлаты и стяжки стропил из железа.

Железные стропила использовали в строительстве только очень значимых объектов. На крыльце Невьянской башни стропила стальные, толщиной около двух сантиметров. В них просверлены отверстия близкого диаметра. В то время сверление отверстий в стали было уникальной, технически сложной операцией, которая значительно удорожала строительство.

Сегодня исследователи говорят о том, крыльцо Невьянской башни — это первый в Европе (а возможно, и в мире) объект, где в креплении железных стропил кровли использовали резьбовое гайко-болтовое соединение. Здесь, в Невьянском заводе, было сделано это значимое изобретение в области строительства. В это время в Европе металлические стропила скрепляли проволокой, так как сверлить отверстия было очень дорого.

Железо, из которого выполнены стропила крыльца, а также каркас башни — лучшее демидовское железо, выпускавшееся в то время в Невьянском заводе. Почти весь XVIII век невьянский металл (как железо, так и чугун) сохранял первенство по качеству. По химическому составу он приближался к современным низкоуглеродистым сталям. Невьянскую марку железа «Соболь» высоко ценили не только в России, но и в Европе.