设计特点
F-104 真正的设计目标是一种高性能的昼间战斗机。其设计重点在于高空高速、大爬升率，为此牺牲了续航能力和盘旋性能。为了降低造价和减轻重量，早期的 F-104 并不具备多用途能力，设备也简单。其实就是一种纯粹的昼间点防御战斗机，主要用于近距离对空作战。在某种意义上说，早期的 F-104 就是一种 M2 一级的“超级米格-15”。
F-104 最初设想的作战模式是在超音速状态下巡航（当然是开加力的，和现代的“超音速巡航”完全是两种概念）和空战，为此高空高速性能成为重中之重。为了实现设计目标，凯利·约翰逊采用了独树一帜的设计。
薄得可以“切牛排”的 F-104 机翼和同时代的米格-21 的机翼前缘半径对比。可以看出，即使和同样注重高速性能的米格-21 相比，F-104 的机翼前缘半径仍然要小得多（上/中上） 高效率的吹气襟翼大幅改善了 F-104 的低速性能，使得这种高速构形飞机能够满足空军的起降要求（中下） 只能单向偏转的副翼。由于翼展小，副翼操纵效率令人担心，而T 形尾翼布局大迎角操纵性极差，二者结合使得飞机一旦失控就可能根本无法改出（下） 全机采用正常式布局，单发单座，两侧进气，机翼为带大下反角的平直翼，T 形尾翼布局。为了减小阻力，机身长细比较大，并有明显的蜂腰设计。
其机翼设计尤为特殊。为了抑制飞机在俯仰轴和航向轴产生耦合动作（即荷兰滚）的趋势，机翼采用了高达 10 度的下反角。机翼平面形状为小后掠角的平直翼系列。翼展极小，仅有 6.68 米！以至于试飞员第一次见到 XF-104 时竟然问到：“机翼在哪儿？”翼根和翼尖的相对厚度均只有 3.36％。由于机翼弦长小，翼根绝对厚度也很小，只有 0.105 米！机翼前缘半径更是小到令人瞠目的地步——只有 0.41 毫米！有人开玩笑说，这已经可以拿去切牛排了。这样特殊的机翼根本无法以常规方法制造，而且常规结构也无法保证其强度，所以 F-104 的机翼实际上就是用实心钢板铣出来的。为了减阻，其机翼面积也相当小，仅有 18.22 平方米。
为了降低起降速度，F-104 还采用了附面层控制技术（也就是现在的“吹气襟翼”），从而成为世界上第一架采用这种技术的战斗机。常规襟翼放下后，在其上表面会产生紊流，从而导致襟翼效率下降。F-104 则从发动机第 17 级压气机处引气至襟翼、机翼结合部，当襟翼放下至 15 度时，引气系统开始工作，当襟翼达到 45 度最大偏度时，引气系统也处于全开状态。高压气流从襟翼铰链线处的狭缝沿襟翼上表面喷出，给当地附面层补充能量，减小了由于附面层分离而导致的紊流，从而提高了襟翼效率，F-104 的失速速度因此减小了 15 节！全展向前缘襟翼和后缘襟翼联动，用于飞机起降和低速机动。副翼比较特别，只能单向偏转，并且受后缘襟翼影响，当后缘襟翼处于全放下位置时，副翼只能达到最大偏角的 65％。
F-104 采用 T 形尾翼布局，显然是出于减阻的考虑。T 形布局，平尾的尾臂长，因此面积可以减小，配平阻力也小。但这种布局最大的问题是，较大迎角时，由于受机翼下洗流影响，平尾可能失去操纵能力——一旦飞机进入失控状态，这种缺陷很可能是致命的。全动平尾是作为一个整体组件安装在垂尾顶部，因此无法差动——事实上这种设计，差动的效果也不会好。
由于高耸的T 形平尾，加上 F-104 的高速度，使得洛克希德的设计人员认为，常规向上弹射方式很可能造成飞行员与尾翼相撞，从而严重威胁飞行员的安全。为此，洛克希德为 F-104 设计了独特的向下弹射座椅——当然，这种方式并非他们首创，共和的 XF-103 也是如此。但问题是，根据后来的统计数据，大多数弹射都是在低空低速阶段，高空高速弹射是极其罕见的。向下弹射方式使得飞行员在起降阶段和低空难以逃生。连续多次弹射失败之后，洛克希德最终决定重新为 F-104 设计向上弹射的座椅，即 C-2 型座椅。为了防止飞行员弹射后撞尾翼，C-2 座椅的弹射火箭的推力加大了，以缩短飞行员在尾翼前方危险区的停留时间。此外，C-2 座椅还设计了飞行员肢体保护装置：座椅底部的保护拉索挂在飞行靴后跟，一旦弹射程序启动，拉索自动收回，将飞行员双腿拉回以避开上面的仪表板——否则弹射时飞行员的双腿可能会被仪表板切断。
F-104 采用了通用动力公司研制的 J79 涡喷发动机。在当时来说，这是一种相当先进的发动机，推重比较高，迎风面积小，耗油率较低，因此被凯利·约翰逊选中作为 F-104 的首选动力。其改进型后来在 F-104 后期型、F-4、以色列“幼狮”战斗机甚至 F-16 的出口简化型 F-16/79 上都得到应用。在利用 J79 的强大推力，F-104 的最大平飞速度可以达到 M2 以上。为了和这种先进的发动机匹配，F-104 采用 3 维多波系超音速可调进气道。利用半圆锥形的激波锥前后移动调节进气道喉道面积，配合放气系统和旁通系统，使得进气道在各种飞行条件下都能满足发动机的要求。这种设计在今天很多人看来都很平常甚至早已过时，然而在那个年代，这种设计却被列入“绝密”。在当时公开的所有 F-104 照片上，其进气口细节全部被保护罩挡住了——那情形倒是和 80 年代末 F-117 和 B-2 刚公开时差不多。
总的来看，F-104 的设计特点就是：高翼载、高推重比（相对当时飞机），特别强调速度、升限、加速和爬升能力。其减阻手段简直发挥到了极致。前缘半径极小的菱形翼型设计，自 F-104 之后再也没有在其它战斗机上见过。这种翼型的高速性能固然不错，但由于前缘半径太小，气流很容易分离，导致飞机失速——偏偏T 形尾翼在大迎角失速状态下效率极低，很可能难以改出——从而限制了飞机的盘旋性能。加上缩小机翼面积导致的高翼载（正常起飞重量时即超过 500 公斤/平方米），F-104 的盘旋能力可以说相当糟糕。以我们今天的观点来看，我们可以指摘 F-104 这样那样的不是。但就象美国空军某位官员说的，如果我们不放弃其中一些性能，我们就得不到我们想要的性能。如果 F-104 不牺牲盘旋能力和续航能力，它还能实现其它设计指标吗？
采用向上弹射方式的洛克希德 C-2 火箭弹射座椅。实际上最初决定采用向下弹射方式，和 F-104 的 T 形尾翼以及其主要设计任务剖面不无关系。但向下弹射显然不利于发生概率最高的低空弹射。权衡利弊之后美国人终于回到传统的向上弹射方式 F-104 的外部典型特征——T 形尾翼。这种布局是特定要求、特定条件下的产物，F-104 的不少事故源自这个设计。回头想想，凯利·约翰逊当年是否有其它选择呢？这是个颇有意思的问题
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