В течение столетий после появления первых арбалетов неоднократно предпринимались попытки усовершенствовать это оружие. Один из способов, возможно, был заимствован у арабов. Арабские ручные луки относились к тому типу, который назывался составным, или сложным. Их конструкция полностью соответствует этому названию, поскольку они изготовлялись из различных материалов. Составной лук обладает явными преимуществами по сравнению с луком, сделанным из одного куска дерева, поскольку последний имеет ограниченную упругость, определяемую природными свойствами материала. Когда лучник натягивает тетиву, дуга лука с внешней (от лучника) стороны испытывает натяжение, а с внутренней – сжатие. При чрезмерном натяжении древесные волокна дуги начинают деформироваться и на внутренней ее стороне появляются постоянные «морщины». Обычно лук держали в согнутом состоянии, и превышение некоторого предельного натяжения могло вызвать его поломку.
В составном луке к внешней поверхности дуги крепится материал, способный выносить большее натяжение, чем дерево. Этот дополнительный слой принимает на себя нагрузку и уменьшает деформацию древесных волокон. Чаще всего в качестве такого материала использовали сухожилия животных. О необычайно высокой осведомленности лучных дел мастеров о свойствах различных материалов можно судить и по тому, какие клеи они использовали при изготовлении луков. Самым лучшим считался клей, приготовленный из нёба волжского осетра. Разнообразие необычных материалов, применявшихся в лучном деле, говорит о том, что многие конструктивные решения достигались опытным путем.
Арбалеты с составными дугами были распространены в средние века, включая эпоху Возрождения. Они были легче арбалетов со стальной дугой, которые начали изготовлять в начале XV века. При одинаковом натяжении тетивы они стреляли дальше и были более надежными.
Появление стальной дуги в средние века было зенитом в развитии конструкции арбалета. По своим параметрам он мог бы уступить только арбалету, изготовленному из стеклопластика и других современных материалов. Стальные дуги обладали такой гибкостью, какую прежде не мог обеспечить ни один из органических материалов. Спортсмен викторианской эпохи Ральф Пейне-Гэллви, написавший трактат об арбалете, провел испытания большого военного арбалета, натяжение тетивы которого равнялось 550 кг, посылавшего 85-граммовую стрелу на расстояние 420 метров.
Более мощные арбалеты требовали надежных спусковых механизмов. Следует отметить, что спусковые механизмы, использовавшиеся европейцами и обычно состоявшие из поворачивающегося зуба и простого рычажного спуска, уступали китайским, которые имели промежуточный рычажок, позволявший производить выстрел коротким и легким нажатием на спусковой рычаг. В начале XVI века в Германии начали использовать многорычажные спусковые механизмы более совершенной конструкции. Интересно, что несколько раньше Леонардо да Винчи придумал такую же конструкцию спускового механизма и расчетным путем доказал ее преимущества.