Mk.39 сконструирована по схеме Теллера-Улама и имеет мощность энерговыделения около 3,8 мегатонн. По конструкции является модификацией бомбы Mk.15[англ.] (TX-15-X3 и Mark 39 Mod 0 имели полностью идентичную конструкцию).
Mark 15 была первой лёгкой американской термоядерной бомбой.
Боезаряд W39 был 35 дюймов (889 мм) в диаметре 106 дюймов длины (2692 мм) и имел массу от 6230 до 6400 фунтов (2825—2902 кг).
W39 применялся на крылатой ракете SM-62 Snark и баллистической PGM-11 Redstone, свободнопадающая бомба Mk.39 могла применяться из подвесного бомбоотсека (скомбинированного с топливным баком) бомбардировщика B-58 Hustler.