与东风二十二的11项关键技术类似，东风三十一有13项关键技术，包括：全弹总体技术、固体燃料火箭发动机技术、小型化弹头技术、复合材料与结构技术、弹上电子设备小型化技术、高精度惯导技术、快速机动发射技术、突防技术、制导控制系统误差分离技术、新一代试验遥测技术等。对于初次尝试开发固体战略导弹的我国而言，无疑是难题林立，诸如固体燃料发动机，推进剂合成，弹锥复合材料制造，大型特种拖车制造等均属严峻挑战。其中高性能推进剂合成就发生过事故导致整个厂房炸平。
与东风五号有所不同，东风三十一采用的是小型化弹头，因而整流罩非常尖锐，再入大气层之后气动加热效果明显。东风五号使用碳/石英烧蚀材料即可满足需要，但东风三十一的弹头再入段防热问题在很长时间内无法得到解决，直到东华大学潘鼎教授的高纯度粘胶基碳纤维研制成功才攻克了这一难关。在2004年关于潘鼎教授的报道中，很明确地提到了“潘教授近十年来潜心研究的具有国际先进水平的航天级高纯度粘胶基碳纤维成果已经被应用于中国首位杀手锏武器——XX-31，并在高新工程的后续型号的应用中获得成功，解决了国家急需，使中国成为能够拥有该产品生产技术的世界第三大国”。最终，东风三十一成功进行了首次飞行试验并获得成功。
