雖然各國軍事專家僅僅從外觀無法測評出「火星」16遠程彈道導彈的彈頭載荷情況，但從其外觀和尺寸分析，根據各國慣例可以對其載荷能力和類型作出大致判斷。「火星」16與「火星」15彈頭的頭罩外形類似，但與上一代的與「火星」12或「火星」14較為尖銳的多級錐形彈頭有很大差別，這種外形最早出現在北韓2015年閱兵展示的KN-14（「火星」13）上。
這種彈頭體積較為龐大，因預留有安裝新興元器件的空餘空間，因此其在技術和效能上有足夠的改進空間。從外觀看，「火星」16的彈頭總體呈現3部分。最前端與「火星」15彈頭類似，為卵形的防燒蝕端頭。
在北韓領導人視察北韓化學材料研究所時，曾出現過這種外觀平滑的防燒蝕端頭的圖片，由此可以得知該彈頭應該主要由硅基的碳纖維高分子材料製成，不僅可以耐高溫，還可以在再入燒蝕過程中，逐漸分解，帶走大量熱量。
彈頭中間部分是呈錐形體的載荷艙，表面應該是由碳纖維材料編織固化而成。由於朝鮮沒有直徑3米的編織機，因此碳纖維材料只是附著固化在金屬骨架上，起到防熱和氣動穩定作用。緊隨載荷艙的大約1米長的錐形段是「火星」15導彈彈頭所沒有的，很可能是突防艙和姿態控制艙。
▲ 國外媒體估測的「火星」15（左）和「火星」16比例尺比較圖。
從結構上看，其最大直徑達到前所未有的3米，從載荷上看，其最大投送質量應該能達到3噸，這為其發展多彈頭或集束彈頭提供了條件。由於分導式多彈頭需要較為複雜的空間控制技術，需要多次試驗或多衛星發射試驗來驗證，而北韓多次衛星發射都出現入軌失敗問題，因此其還不可能掌握多彈頭分導技術，最有可能配備集束彈頭。
由於分導彈頭需要極高的電子工業水平，因此根據北韓的經濟社會發展階段推測，火星彈道導彈多半採用裝備集束彈頭的方式進行末端突防，減少被美軍導彈防禦系統毀傷的幾率，確保能將毀滅及時有效地投送到美國西海岸。
由於北韓核武器數量有限且強敵環繞，需要應用於對韓、日、關島等不同方向的戰略威脅，其少量的導彈需要發揮最大的戰略威懾，因此其很可能在「火星」16上裝備威力更大的熱核武器（氫彈），使用氫彈能在更加清潔地毀傷目標的同時，更大量的殺傷城市居民，減少其倖存比例。
從外觀彈體細節推測，北韓或已經使用了更加複雜的重誘餌掩護方式進行突防。這種給導彈加花樣的突防方式能夠令敵方的雷達上的一個高危目標突然轉變為多個真假難辨的來襲目標。火星導彈的彈體後段的突防艙內儲備有多個充氣誘餌、箔條組件和電子突防裝置，能夠在最後的毀傷階段增大美軍近防系統的攔截難度。